CN113227314A - 包含弹性体马来酸酐共聚物的可胶凝的非水性油井处理液 - Google Patents

包含弹性体马来酸酐共聚物的可胶凝的非水性油井处理液 Download PDF

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CN113227314A CN201980084007.7A CN201980084007A CN113227314A CN 113227314 A CN113227314 A CN 113227314A CN 201980084007 A CN201980084007 A CN 201980084007A CN 113227314 A CN113227314 A CN 113227314A
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Abstract

本文涉及包含马来酸酐共聚物以及多胺或聚氮丙啶交联剂的非水性组合物。马来酸酐共聚物包括重复单元I和II：
Figure DDA0003120066630000011
各R1独立地是‑H、‑(C1‑C5)烷基、‑C＝O(O)(C1‑C5)烷基或者芳基；并且各R2独立地是‑H、‑(C1‑C5)烷基、‑C＝O(O)(C1‑C5)烷基和芳基。

Description

包含弹性体马来酸酐共聚物的可胶凝的非水性油井处理液
优先权要求
本申请要求2018年12月18日提交的美国专利申请号16/223,456的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本文涉及用作油井处理液的包含交联的马来酸酐共聚物的非水性组合物。
背景技术
由于在水泥、地层和套管中或在它们各自与彼此的界面处的流动路径不可预见的发展引起的区域隔离的丧失可能导致与流体从地层到不希望的区域中的流动的区域间连通或者套管环空中气体压力的增加。需要迅速封闭这样的流动路径，以防止问题升级。
目前，基于环氧型有机流体或者溶解在有机溶剂中或纯形式的可聚合单体的密封剂组合物用于封闭流动通道，但是取得了部分成功。已对于在60至200华氏度(°F)范围内的温度采用水基树脂。水基树脂对盐敏感，尤其是对二价阳离子(诸如钙离子)敏感，这在将这样的树脂挤注到水泥区域或含有具有高总溶解固体(TDS)的地层水的区域中时会产生问题。
因此，需要能够封闭流动路径的可容易地注入到微小裂缝和裂隙中的处理剂。本文提供了一种处理剂，该处理剂可作为稀液(例如，粘度大约等于水的粘度的液体)容易地注入并且可以形成持久的封闭。
发明内容
本公开提供了一种非水性组合物，其包含马来酸酐共聚物以及多胺或聚氮丙啶交联剂。马来酸酐共聚物具有结构如下的重复单元I和II：
Figure BDA0003120066620000021
各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；并且各重复单元I是相同的或不同的。在一些实施方案中，各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5；并且各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5。在一些实施方案中，各R1是H，并且各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5。在一些实施方案中，重复单元I选自由以下各项组成的组：结构Ia、Ib、Ic、Id和Ie：
Figure BDA0003120066620000022
以及它们的组合。
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物包括具有以下结构的重复单元II：
Figure BDA0003120066620000023
具有结构Ia的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000024
和
具有结构Ic的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000031
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物包括具有以下结构的重复单元II：
Figure BDA0003120066620000032
具有结构Ia的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000033
和
具有结构Id的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000034
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物包括具有以下结构的重复单元II：
Figure BDA0003120066620000035
具有结构Ia的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000036
具有结构Ib的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000037
和
具有结构Ie的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000041
在一些实施方案中，重复单元I和II在马来酸酐共聚物中是无规分布的。在一些实施方案中，多个由重复单元I表示的重复单元排列为彼此线性连接的单个聚合链段的嵌段，或者排列为通过原子连接的4-臂单元，其中重复单元II沿着聚合物链选择性地连接至仲碳或叔碳。在一些实施方案中，4-臂单元通过诸如硅的原子连接。在一些实施方案中，重复单元II为马来酸酐共聚物的约0.1重量百分比(重量％)至约10重量％。在一些实施方案中，重复单元I为马来酸酐共聚物的约70重量％至约99.9重量％。
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约2克(g)/10分钟(min)至约250g/10min的熔体指数。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约350％至约800％的断裂伸长率。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有小于约60℃的维卡软化点。
在一些实施方案中，交联剂是选自由以下各项组成的组中的多胺交联剂：脂族多胺、芳族多胺和聚醚多胺以及它们的组合。在一些实施方案中，交联剂是聚氮丙啶交联剂。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物与交联剂的重量比为约1.5：1至约15：1。
在一些实施方案中，非水性组合物还包含携带液。在一些实施方案中，携带液包括选自脂族烃溶剂和芳族烃溶剂的烃系有机溶剂。
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物为非水性组合物的约1重量％至约20重量％。
在一些实施方案中，非水性组合物在约180华氏度(°F)具有小于约4小时的胶凝时间，或者在约150°F具有小于约5小时的胶凝时间，或者在约120°F具有小于约100小时或小于约7小时的胶凝时间。
还提供了一种处理地下地层的方法。所述方法包括：向地下地层提供包含马来酸酐共聚物以及多胺或聚氮丙啶交联剂的非水性组合物；以及使马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成密封剂。马来酸酐共聚物包括重复单元I和II：
Figure BDA0003120066620000051
各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；并且各重复单元I是相同的或不同的。在一些实施方案中，各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5；并且各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5。在一些实施方案，各R1是H，并且各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5。
在一些实施方案中，使马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成密封剂凝胶在套管、套管-套管环空、管道-套管环空附近进行，或者在水泥环(cement sheath)和管中的至少一个中的空隙中进行，并且使马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成密封剂凝胶防止或阻止不希望的向地层中的流体损失或漏失，或者防止不希望的流体从地层流入井眼。在一些实施方案中，不希望的流体是水。在一些实施方案中，不希望的流体是气体。在一些实施方案中，使马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成密封剂凝胶在井眼中进行，其中交联的密封剂凝胶形成临时化学封隔物。
本文还提供了一种交联反应产物，其通过包括以下步骤的方法制备：提供包括重复单元I和II的马来酸酐共聚物：
Figure BDA0003120066620000052
其中各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；并且各重复单元I是相同的或不同的；以及多胺或聚氮丙啶交联剂；以及使马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成交联反应产物。在一些实施方案中，交联反应产物是密封剂凝胶。
具体实施方式
现在将详细参考所公开的主题的某些实施方案。虽然将结合所列举的权利要求描述所公开的主题，但是应当理解，所例示的主题并非旨在将权利要求限制为所公开的主题。
以范围形式表示的值应该以灵活的方式解释为不仅包括作为范围界限明确记载的数值，而且还包括在该范围内涵盖的所有单个数值或子范围，就像每个数值和子范围都被明确记载一样。例如，“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”的范围应当解释为不仅包括约0.1％至约5％，而且还包括在所示范围内的单个值(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％以及3.3％至4.4％)。除非另外指明，否则表述“约X至Y”与“约X至约Y”的含义相同。同样地，除非另外指明，否则表述“约X、Y或约Z”与“约X、约Y或约Z”的含义相同。
除非上下文另有明确规定，否则如在本文中使用的，术语“一个(a)”、“一种(an)”或“所述(the)”用于包括一个或多于一个指代物。除非另外指明，否则术语“或”用于表示非排他性的“或”。表述“A和B中的至少一个”与“A、B或者A和B”的含义相同。另外，应该理解的是，在本公开中使用的并且没有以其它方式定义的措辞或术语仅用于描述目的而不用于限制目的。任何章节标题的使用旨在帮助阅读文件，并且不被解释为进行限制；与章节标题有关的信息可以出现在该特定章节之内或之外。
在本文中描述的方法中，除了明确记载了时间或操作顺序的情况以外，动作可以以任何顺序进行。此外，指定的动作可以同时进行，除非明确的权利要求语言记载了它们是分别进行的。例如，要求保护的执行X的动作和要求保护的执行Y的动作可以在单个操作中同时进行，并且所得的过程将会落入要求保护的过程的字面范围内。
如在本文中使用的术语“约”可以允许一定程度的数值或范围的变化，例如，在所述值或所述范围界限的10％以内、5％以内或1％以内。
如本文中使用的，“交联的凝胶”是交联反应产物，其通过用于进行交联反应的溶剂溶胀，以在原始尺寸的约1％至约1000％的伸长或压缩应变下形成可弹性变形的粘合性物质。
如本文中使用的，术语“有机基团”是指但不限于任何含碳官能团。例如，含氧基团，诸如烷氧基基团、芳氧基基团、芳烷氧基基团、氧代(羰基)基团、羧基基团(包括羧酸、羧酸盐和羧酸酯)；含硫基团，诸如烷基和芳基硫化物基团；以及其他含杂原子的基团。有机基团的非限制性实例包括：OR、OOR、OC(O)N(R)2、CN、CF3、OCF3、R、C(O)、亚甲二氧基、亚乙二氧基、N(R)2、SR、SOR、SO2R、SO2N(R)2、SO3R、C(O)R、C(O)C(O)R、C(O)CH2C(O)R、C(S)R、C(O)OR、OC(O)R、C(O)N(R)2、OC(O)N(R)2、C(S)N(R)2、(CH2)0-2N(R)C(O)R、(CH2)0-2N(R)N(R)2、N(R)N(R)C(O)R、N(R)N(R)C(O)OR、N(R)N(R)CON(R)2、N(R)SO2R、N(R)SO2N(R)2、N(R)C(O)OR、N(R)C(O)R、N(R)C(S)R、N(R)C(O)N(R)2、N(R)C(S)N(R)2、N(COR)COR、N(OR)R、C(＝NH)N(R)2、C(O)N(OR)R或C(＝NOR)R，其中R可以是氢(在包括其他碳原子的实例中)或基于碳的部分，并且其中基于碳的部分本身可以被进一步取代。
如本文中使用的，术语“取代的”是指如后续部分中定义的有机基团，或者其中分子中含有的一个或多个氢原子被一个或多个非氢原子替代的分子。如本文中使用的，术语“官能团”或“取代基”是指可以被取代到或被取代到分子上或有机基团上的基团。取代基或官能团的实例包括但不限于：卤素(例如，F、Cl、Br和I)；诸如羟基基团、烷氧基基团、芳氧基基团、芳烷氧基基团、氧代(羰基)基团、羧基基团(包括羧酸、羧酸盐、羧酸酯)的基团中的氧原子；诸如硫醇基团、烷基硫化物和芳基硫化物基团、亚砜基团、砜基团、磺酰基基团和磺胺基团的基团中的硫原子；诸如胺、羟胺、腈、硝基基团、N-氧化物、酰肼、叠氮化物和烯胺的基团中的氮原子；以及各种其他基团中的其他杂原子。
如本文中使用的，术语“烷基”是指具有1至约40个碳原子、1至约20个碳原子、1至约12个碳或者在一些实施方案中1至约8个碳原子的直链和支链的烷基基团和环烷基基团。直链烷基基团的实例包括具有1至约8个碳原子的那些基团，诸如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基和正辛基基团。支链烷基基团的实例包括但不限于异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、新戊基、异戊基和2，2-二甲基丙基基团。如本文中使用的，术语“烷基”涵盖正烷基、异烷基和反异烷基(anteisoalkyl)基团以及其他支链形式的烷基。代表性的取代的烷基基团可以被本文中列出的任何基团(例如，氨基、羟基、氰基、羧基、硝基、硫基、烷氧基和卤素基团)取代一次或多次。
如本文中使用的，术语“烯基”是指如后续部分中定义的直链和支链和环状烷基基团，不同之处在于在两个碳原子之间存在至少一个双键。例如，烯基基团具有2至约40个碳原子、或2至约20个碳原子、或2至约12个碳、或在一些实施方案中2至约8个碳原子。实例包括但不限于乙烯基、-CH＝CH(CH3)、-CH＝C(CH3)2、-C(CH3)＝CH2、-C(CH3)＝CH(CH3)、-C(CH2CH3)＝CH2、环己烯基、环戊烯基、环己二烯基、丁二烯基、戊二烯基和己二烯基等。
如本文中使用的，术语“环烷基”是指环状烷基基团，诸如但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基基团。在一些实施方案中，环烷基基团可以具有3至约8-12个环成员，而在其他实施方案中环碳原子的数量在3至4、5、6或7的范围内。环烷基基团还包括多环环烷基基团，诸如但不限于降冰片基、金刚烷基、冰片基、莰烯基、异莰烯基和蒈烯基基团，以及稠环，诸如但不限于十氢萘基等。环烷基基团还包括被如本文中定义的直链或支链烷基基团取代的环。代表性的取代的环烷基基团可以是单取代的或被取代多于一次，诸如但不限于2，2-、2，3-、2，4-、2，5-或2，6-二取代的环己基基团或者单取代、二取代或三取代的降冰片基或环庚基基团，其可以被例如氨基、羟基、氰基、羧基、硝基、硫基、烷氧基和卤素基团取代。术语“环烯基”单独或组合地表示环状烯基基团。
如本文中使用的，涉及化学基团的术语“芳族”是指含有一组共价结合原子的有机基团，其具有以下具体特征：(1)离域共轭π体系，最常见的是单键和双键交替排列；(2)共面结构，其中所有贡献原子在同一平面内；(3)贡献原子排列成一个或多个环；以及(4)离域π电子的数量是偶数，但是不是4的倍数。芳族结构可以仅由烃构成(例如，芳基)。其他元素可以结合至或取代芳族结构的碳，最常见的是氧、氮、硫和氯(例如，杂芳基、取代的芳基、取代的杂芳基)。
如本文中使用的，术语“芳基”是指环中不含有杂原子的环状芳族烃。例如，芳基基团包括但不限于苯基、薁基、庚搭烯基、联苯基、引达省基、芴基、菲基、苯并菲基、芘基、并四苯基、
Figure BDA0003120066620000091
基、亚联苯基、蒽基和萘基基团。在一些实施方案中，芳基基团在基团的环部分中含有约6至约14个碳。芳基基团可以是未取代的或取代的，如本文中定义的。代表性的取代的芳基基团可以是单取代的或被取代多于一次，诸如但不限于2-、3-、4-、5-或6-取代的苯基或2-8取代的萘基基团，其可以被碳或非碳基团(诸如本文中列出的那些)取代。
如本文中使用的，术语“芳烷基”是指其中烷基基团的氢键或碳键被与芳基基团的键替代的如后续部分中定义的烷基基团。代表性的芳烷基基团包括苄基和苯乙基基团，以及稠合(环烷基芳基)烷基基团，诸如4-乙基-茚满基。芳烯基基团是其中烷基基团的氢键或碳键被与芳基基团的键替代的如本文中定义的烯基基团。
如本文中使用的，术语“杂环基”是指含有三个以上环成员的芳族或非芳族环化合物，所述环成员中的一个或多个是杂原子，诸如但不限于N、O和S。例如，杂环基可以是环杂烷基或杂芳基，或者它们的任意组合(如果是多环的)。在一些实施方案中，杂环基基团包括3至约20个环成员，而其他此类基团具有3至约15个环成员。命名为C2-杂环基的杂环基基团可以是具有两个碳原子和三个杂原子的5元环，具有两个碳原子和四个杂原子的6元环，等等。同样地，C4-杂环基可以是具有一个杂原子的5元环、具有两个杂原子的6元环，等等。碳原子数加上杂原子数等于环原子的总数。杂环基环还可以包含一个或多个双键。杂芳基环是杂环基基团的一个实施方案。短语“杂环基基团”包括稠环种类，包括稠合芳族基团和非芳族基团。
如本文中使用的，术语“杂环基烷基”是指其中烷基基团的氢键或碳键被与杂环基基团的键替代的烷基基团。代表性的杂环基烷基基团包括但不限于呋喃-2-基甲基、呋喃-3-基甲基、吡啶-3-基甲基、四氢呋喃-2-基乙基和吲哚-2-基丙基。
如本文中使用的，术语“杂芳基烷基”是指其中烷基基团的氢键或碳键被与杂芳基基团的键替代的烷基基团。
如本文中使用的，术语“烷氧基”是指连接至烷基基团(包括环烷基基团)的氧原子。直链烷氧基基团的实例包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊基氧基、己基氧基等。支链烷氧基的实例包括但不限于异丙氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、异戊基氧基、异己基氧基等。环状烷氧基的实例包括但不限于环丙基氧基、环丁基氧基、环戊基氧基、环己基氧基等。烷氧基基团可以包括一个至约12-20或约12-40个与氧原子键合的碳原子，并且还可以包括双键或三键，并且还可以包含杂原子。甲氧基乙氧基基团也是本文中定义的烷氧基基团，在结构的两个相邻原子被其取代的情况下的亚甲基二氧基基团同样如此。
如本文中使用的，“脂族”意指含有多至24个碳原子、诸如1至约24个、1至约12个、1至约6个碳原子的直链或支链烃基，其中任意两个碳原子之间的饱和度是单键、双键或三键。脂族可以是指烷基、烯基、炔基和碳环基团。脂族基团的直链或支链可以插有一个或多个杂原子，包括氮、氧、硫和磷。这样的插有杂原子的脂族基团包括但不限于聚烷氧基诸如聚亚烷基二醇、多胺和聚亚胺。如本文中使用的，脂族基团可以任选地包括另外的取代基基团。
如本文中使用的，术语“胺”是指伯胺、仲胺和叔胺，其具有例如式N(基团)3，其中各基团可以独立地是H或非H，诸如烷基、芳基等。胺包括但不限于：RNH2，例如烷基胺、芳基胺、烷基芳基胺；R2NH(其中各R独立地选择)，例如二烷基胺、二芳基胺、芳烷基胺、杂环基胺等；以及R3N(其中各R独立地选择)，例如三烷基胺、二烷基芳基胺、烷基二芳基胺、三芳基胺等。如本文中使用的，术语“胺”还包括铵离子。
如本文中使用的，术语“氨基基团”是指-NH2、-NHR、-NR2形式(其中各R独立地选择)以及各自的质子化形式的取代基。因此，被氨基基团取代的任何化合物可以被视为胺。在本文的含义内的“氨基基团”可以是伯氨基、仲氨基、叔氨基或季氨基基团。“烷基氨基”基团包括单烷基氨基、二烷基氨基和三烷基氨基基团。
除非另外指明，否则如本文中使用的，术语“卤代”、“卤素”或“卤化物”基团本身或作为另一个取代基的一部分意指氟、氯、溴或碘原子。
如本文中使用的，术语“烃”是指包含碳原子和氢原子的官能团或分子。该术语还可以是指通常包括碳原子和氢原子二者，但是其中所有氢原子都被其他官能团取代的官能团或分子。
如本文中使用的，术语“溶剂”是指可以溶解固体、其他液体或气体的液体。溶剂的非限制性实例是有机硅、有机化合物、水、醇、离子液体和超临界流体。
如本文中使用的，术语“重均分子量”是指Mw，其等于∑Mi 2ni/∑Mini，其中ni是分子量Mi的分子的数量。在各种实例中，重均分子量可以使用光散射、小角度中子散射、X射线散射和沉降速度来测定。
如本文中使用的，术语“室温”是指约15摄氏度(℃)至约28℃的温度。
如本文中使用的，术语“标准温度和压力”是指20℃和101千帕(kPa)。
如本文中使用的，术语“聚合物”是指具有至少一个重复单元的分子，并且可以包括共聚物。
如本文中使用的，术语“共聚物”是指包括至少两种不同重复单元的聚合物。共聚物可以包含任何合适数量的重复单元。
如本文中使用的，“聚合度”是聚合物中重复单元的数量。
如本文中使用的，术语“井下”是指在地表下，诸如在井眼内或与井眼流体连接的位置。
除非另外指明，否则如本文中使用的，术语“流体”是指液体和凝胶。
如本文中使用的，术语“钻井液”是指在井下钻井操作中(诸如在井眼形成期间)使用的流体、浆料或泥浆。
如本文中使用的，术语“解卡液”是指在解卡操作期间在井下使用的流体或浆料，并且可以是设计用于井下区域的局部处理的任何流体。在一个实例中，解卡液可以包含用于处理井眼的特定部分的堵漏材料，以封闭井眼中的裂缝并且防止下陷。在另一个实例中，解卡液可以包含控水材料。在一些实例中，解卡液可以被设计为释放钻井或抽提设备的被卡住的零件，可以利用钻井润滑剂降低扭矩和阻力，防止压差卡钻，提高井眼稳定性，并且可以帮助控制泥浆重量。
如本文中使用的，术语“完井液”是指在井的完井阶段期间在井下使用的流体或浆料，其包含固井组合物。
如本文中使用的，术语“补救处理液”是指在井下用于井的补救处理的流体或浆料。补救处理可以包括被设计为提高或保持井的生产率的处理，诸如增产或排液处理。
如本文中使用的，术语“废弃液”是指在井的废弃阶段期间或之前在井下使用的流体或浆料。
如本文中使用的，术语“控水材料”是指这样的固体或液体材料，其与井下水性材料相互作用，使得疏水材料可以更容易地行进到地表并且使得亲水材料(包括水)可以更不容易地行进到地表。控水材料可以用于处理井以使采出水的比例减小并且采出烃的比例增大，诸如通过选择性地将产水地下地层和井眼之间的材料结合在一起，同时仍然允许产烃地层维持产量。
如本文中使用的，术语“封隔液”是指可以放置在井的在封隔器上方的管道和外套管之间的环空区域中的流体或浆料。在各种实例中，封隔液可以提供流体静压以减小在密封元件上的压差，减小井眼和套管上的压差以防止挤毁，并且保护金属和弹性体免受腐蚀。
如本文中使用的，术语“地下材料”或“地下地层”是指地表下的任何物质，包括在海底表面下的任何物质。例如，地下地层或材料可以是井眼的任何部分以及与井眼流体接触的地下产石油或产水的地层或区域的任何部分。将材料放置在地下地层中可以包括使材料与井眼的任何部分或与其流体接触的任何地下区域接触。地下材料可以包括置于井眼中的任何材料，诸如水泥、钻杆、衬管、管道、套管或滤管；将材料放置在地下地层中可以包括与这样的地下材料接触。在一些实例中，地下地层或材料可以是可以产生液体或气体石油材料、水的任何井下区域或与其流体接触的任何部分井下区域。例如，地下地层或材料可以是需要破裂的区域、裂缝或围绕裂缝的区域以及流动路径或围绕流动路径的区域中的至少一种，其中裂缝或流动路径可以任选地直接地或通过一个或多个裂缝或流动路径流体连接至地下产石油或产水区域。
如本文中使用的，“处理地下地层”可以包括涉及从地下产石油或产水的地层或区域抽提水或石油材料的任何活动，例如包括钻井、增产、水力压裂、排液、酸化、完井、固井、补救处理、弃井等。
如本文中使用的，井下“流动路径”可以包括任何合适的地下流动路径，两个地下位置通过该地下流动路径流体连接。流动路径可以足以使石油或水从一个地下位置流到井眼，反之亦然。流动路径可以包括水力裂缝以及跨过滤管、跨过砾石填充、跨过支撑剂(包括跨过树脂粘合支撑剂或沉积在裂缝中的支撑剂)和跨过砂的流体连接中的至少一种。流动路径可以包括流体可以流过的天然地下通道。在一些实施方案中，流动路径可以是水源并且可以包括水。在一些实施方案中，流动路径可以是石油源并且可以包括石油。在一些实施方案中，流动路径可以足以从井眼、裂缝或与其连接的流动路径中转移水、井下流体或采出烃中的至少一者。
如本文中使用的，“携带液”是指用于悬浮、溶解、混合或乳化一种或多种材料以形成组合物的任何合适的流体。例如，携带液可以是以下各项中的至少一种：原油、二丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、二甘醇甲醚、乙二醇丁醚、二甘醇丁醚、右旋柠檬烯、2-丁氧基乙醇、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、馏分(例如，柴油、煤油、石脑油等)矿物油的石油蒸馏产品、烃油、包含芳族碳-碳键的烃(例如，苯、甲苯)、包含α烯烃的烃、二甲苯、离子液体、甲醇、乙醇、丙醇(异丙醇或正丙醇)、丁醇(异丁醇、叔丁醇或正丁醇)、脂族烃(例如，环己酮、己烷)。流体可以形成组合物或包含其的混合物的约50重量百分比(重量％)至约99.000重量％，或者约50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％或约99重量％或更多。
组合物和相关反应产物
本公开提供了一种非水性组合物，其包含溶解在有机溶剂中的弹性体马来酸酐共聚物，所述共聚物与基于胺或氮丙啶的交联剂交联以形成橡胶样弹性有机凝胶。在约50°F至约500°F、诸如约100°F至约225°F的温度范围内，交联时间是可控的。因此，该组合物适合于多种挤注补救应用。
本文所述的非水性组合物是稀流体(例如，粘度允许可倾倒性和可注入性的流体)，在约50°F至约500°F(诸如约100°F至约225°F)的操作温度下其粘度可以在约1厘泊(cP)至约3000cP的范围内，例如用于挤注补救应用或固井应用，所述稀流体被设计为穿透最窄的流动路径并且交联以在放置时形成高柔性的弹性凝胶。例如，非水性组合物可以用于挤注到注水泥区域中，而没有关于非水性组合物因水泥或普通水解降解而降解的任何担忧。非水性组合物也适合于挤注到未固结的或者具有流动通道但是还含有高水平的可溶胀粘土的地层诸如岩溶地层(Karst formation)中。一旦非水性组合物交联形成固定凝胶，凝胶甚至在升高的流体压力下也能够抵抗气体和液体的流动。交联的凝胶也是橡胶样的，例如交联的凝胶在原始尺寸的约1％至约1000％的伸长或压缩应变下是可弹性变形的，并且其是柔性的，这使得凝胶能够完全填充任何空隙或裂缝。
本公开提供了一种非水性组合物，其包含：包括重复单元I和II的马来酸酐共聚物以及多胺或聚氮丙啶交联剂。重复单元I和II具有以下结构：
Figure BDA0003120066620000141
各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；并且各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基。各重复单元I可以是相同的或不同的。
在一些实施方案中，各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基。在一些实施方案中，(C1-C5)烷基表示甲基、乙基、丙基、丁基或戊基基团。在一些实施方案中，芳基表示未取代的苯基基团。在一些实施方案中，各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5。在一些实施方案中，各R1是-H。在一些实施方案中，至少一个R1是-H。
在一些实施方案中，各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基。在一些实施方案中，(C1-C5)烷基表示甲基、乙基、丙基、丁基或戊基基团。在一些实施方案中，芳基表示未取代的苯基基团。在一些实施方案中，各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5。在一些实施方案中，各R2是-H。在一些实施方案中，一个R2是-H并且一个R2是-CH2CH3。在一些实施方案中，一个R2是-H并且一个R2是-C＝O(O)CH2CH3。在一些实施方案中，一个R2是-H并且一个R2是-C＝O(O)(CH2)3CH3。在一些实施方案中，一个R2是-H并且一个R2是-C6H5。
在一些实施方案中，重复单元I是具有烯属不饱和烃单体的共聚物。在一些实施方案中，重复单元I是具有极性单体的共聚物。在一些实施方案中，重复单元I是具有烯属不饱和烃单体和极性单体的混合物的共聚物。合适的烯属不饱和烃单体的实例包括甲烯、乙烯、丙烯、丁烯和苯乙烯。合适的极性单体的实例包括烯属不饱和酯。在一些实施方案中，合适的烯属不饱和酯包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯。在一些实施方案中，重复单元I是乙烯/丙烯酸丁酯。在一些实施方案中，重复单元I是乙烯/丙烯酸乙酯。在一些实施方案中，重复单元I是乙烯/丁烯/苯乙烯。
在一些实施方案中，重复单元I选自具有结构Ia、Ib、Ic、Id或Ie的基团：
Figure BDA0003120066620000151
在一些实施方案中，重复单元I具有结构Ia：
Figure BDA0003120066620000152
在一些实施方案中，重复单元I具有结构Ib：
Figure BDA0003120066620000153
在一些实施方案中，重复单元I具有结构Ic：
Figure BDA0003120066620000154
在一些实施方案中，重复单元I具有结构Id：
Figure BDA0003120066620000161
在一些实施方案中，重复单元I具有结构Ie：
Figure BDA0003120066620000162
在一些实施方案中，各重复单元I是相同的。在一些实施方案中，存在一种或多种不同重复单元I的组合。例如，在一些实施方案中，马来酸酐共聚物包括具有结构Ia的重复单元I和具有结构Ic的重复单元I。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物包括具有结构Ia的重复单元I和具有结构Id的重复单元I。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物包括具有结构Ia的重复单元I、具有结构Ib的重复单元I和具有结构Ie的重复单元I。
在一些实施方案中，重复单元I和II在马来酸酐共聚物中是无规分布的。在一些实施方案中，多个由重复单元I表示的重复单元排列为单个聚合链段的嵌段，其中重复单元II沿着聚合物链选择性地连接至仲碳或叔碳。在一些实施方案中，重复单元I链段彼此线性地连接。在一些实施方案中，重复单元I链段是通过原子连接的4-臂单元。在一些实施方案中，所述原子是硅。
在一些实施方案中，非水性组合物包含马来酸酐共聚物，其中重复单元I为马来酸酐共聚物的约70重量％至约99.9重量％。例如，重复单元I可以为马来酸酐共聚物的约80重量％至约99.5重量％或约90重量％至约99重量％，或者马来酸酐共聚物的约70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％、99.5重量％或约99.9重量％。在一些实施方案中，重复单元I为马来酸酐共聚物的约96重量％。在一些实施方案中，重复单元I为马来酸酐共聚物的约97重量％。在一些实施方案中，重复单元I为马来酸酐共聚物的约98重量％。在一些实施方案中，重复单元I为马来酸酐共聚物的约99重量％。在一些实施方案中，重复单元I为马来酸酐共聚物的约99.9重量％。在一些实施方案中，重复单元I是重复单元Ia和Ic的组合，并且为马来酸酐共聚物的约95重量％至约98重量％。在一些实施方案中，重复单元I是重复单元Ia和Id的组合，并且为马来酸酐共聚物的约95重量％至约98重量％。在一些实施方案中，重复单元I是重复单元Ia、Ib和Ie的组合，并且为马来酸酐共聚物的约95重量％至约99.9重量％。
在一些实施方案中，非水性组合物包含马来酸酐共聚物，其中重复单元II为马来酸酐共聚物的约0.1重量％至约10重量％。例如，重复单元II可以为马来酸酐共聚物的约0.5重量％至约5重量％或约1重量％至约3重量％，或者马来酸酐共聚物的约0.5重量％、1重量％、1.5重量％、2重量％、2.5重量％、3重量％、3.5重量％、4重量％、4.5重量％、5重量％、5.5重量％、6重量％、6.5重量％、7重量％、7.5重量％、8重量％、8.5重量％、9重量％、9.5重量％或约10重量％。在一些实施方案中，重复单元II为马来酸酐共聚物的约1.4重量％至约2重量％。在一些实施方案中，重复单元II为马来酸酐共聚物的约0.7重量％至约1.3重量％。在一些实施方案中，重复单元II为马来酸酐共聚物的约2.5重量％至约3.5重量％。在一些实施方案中，重复单元II为马来酸酐共聚物的约2.8重量％。在一些实施方案中，重复单元II为马来酸酐共聚物的约3.1重量％。
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有作为具有烯属不饱和烃单体的共聚物的重复单元I，并且重复单元II是马来酸酐。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有作为具有极性单体的共聚物的重复单元I，并且重复单元II是马来酸酐。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有作为具有烯属不饱和烃单体和极性单体的混合物的共聚物的重复单元I，并且重复单元II是马来酸酐。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物是乙烯/丙烯酸丁酯/马来酸酐。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物是乙烯/丙烯酸乙酯/马来酸酐。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物是乙烯/丁烯/苯乙烯/马来酸酐。合适的可商购获得的马来酸酐共聚物的实例包括但不限于Arkema (King of Prussia，PA)的
Figure BDA0003120066620000171
聚合物，以及
Figure BDA0003120066620000172
聚合物(Kraton Polymers，Houston，TX)。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物是
Figure BDA0003120066620000173
3410。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物是
Figure BDA0003120066620000174
8200。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物是
Figure BDA0003120066620000175
FG1901G。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物是
Figure BDA0003120066620000181
FG1924G。
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约2g/10min至约250g/10min的在190℃在2.16千克(kg)重量下测量的熔体指数。例如，马来酸酐共聚物可以具有约2g/10min至约50g/10min、或约5g/10min至约40g/10min、或约5g/10min、25g/10min、22g/10min、30g/10min、40g/10min、100g/10min或约200g/10min的熔体指数。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约5g/10min的熔体指数。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约22g/10min的熔体指数。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约40g/10min的熔体指数。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约200g/10min的熔体指数。熔体指数在190℃在2.16kg重量下测量。“熔体指数”，也称为“熔体流动指数”，是熔融聚合物流动容易程度的量度。具体地，其是在十分钟内多少克聚合物流过模具的量度。测试在取决于塑料的给定温度进行。用于推动塑料通过系统的力由位于活塞(ram)上方的重物提供。
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有小于约60℃的维卡软化点。例如，马来酸酐共聚物可以具有小于约60℃、55℃或小于约50℃的维卡软化点。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约58℃的维卡软化点。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约48℃的维卡软化点。
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约350％至约800％的断裂伸长率。例如，马来酸酐共聚物可以具有约400％、500％、600％、700％或约750％的断裂伸长率。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约400％的断裂伸长率。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约500％的断裂伸长率。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约700％的断裂伸长率。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物具有约750％的断裂伸长率。断裂伸长率或断裂应变是样品断裂时样品上的应变的测量值，并且通常以百分比表示。其表示材料抵抗形状变化而不形成裂缝的能力。断裂伸长率可以通过根据EN ISO 527的拉伸测试来测定。
在一些实施方案中，非水性组合物包含多胺交联剂。多胺交联剂可以是脂族多胺，包括但不限于己二胺、四亚乙基五胺(TEPA)、二亚乙基三胺(DETA)、乙二胺、聚乙烯亚胺和二苯甲酸己二胺；芳族多胺，包括但不限于二乙基甲苯二胺(DETDA)、2，2-双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)丙烷、4，4-亚甲基双苯胺、间苯二胺、对苯二胺和4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)；聚醚多胺，包括但不限于聚氧丙烯二胺、聚氧乙烯二胺、含有氧亚乙基和氧亚丙基基团二者的聚醚二胺以及含有三个伯胺基团的聚醚胺。在一个实施方案中，多胺交联剂具有至少两个伯胺官能团。在一些实施方案中，多胺交联剂具有约200至100,000的重均分子量。例如，多胺交联剂可以具有约200至50,000、400至20,000、或约500至10,000，或约200、250、300、400、450、500、1,000、2,000、5,000或约10,000的重均分子量。在一些实施方案中，多胺交联剂具有约220道尔顿(Da)的重均分子量。在一些实施方案中，多胺交联剂具有约230Da的重均分子量。在一些实施方案中，多胺交联剂具有约400Da的重均分子量。在一些实施方案中，多胺交联剂具有约440Da的重均分子量。在一些实施方案中，多胺交联剂具有约2000Da的重均分子量。在一些实施方案中，多胺交联剂具有约5000Da的重均分子量。
示例性的可商购获得的聚醚多胺交联剂包括可从Huntsman(The Woodlands，TX)以商品名JEFFAMINE获得的那些，包括JEFFAMINE D-230(重均分子量为230Da的聚氧丙烯二胺)、JEFFAMINE D-400(重均分子量为400Da的聚氧丙烯二胺)、JEFFAMINE D-2000(重均分子量为2,000Da的聚氧丙烯二胺)、JEFFAMINE HK-511(具有氧亚乙基和氧亚丙基基团二者并且重均分子量为220Da的聚醚二胺)、JEFFAMINE ED-2003(重均分子量为2,000Da的聚环氧丙烷封端的聚乙二醇)、JEFFAMINE EDR-148(三甘醇二胺)、JEFFAMINE T-403(通过环氧丙烷(PO)与三醇引发剂的反应以及随后的末端羟基基团的胺化制备的三胺(重均分子量为440Da))和JEFFAMINE T-5000(通过环氧丙烷(PO)与三醇引发剂的反应以及随后的末端羟基基团的胺化制备的三胺(重均分子量为5000Da))。在一些实施方案中，多胺交联剂是TEPA。在一些实施方案中，多胺交联剂是JEFFAMINE EDR-148。在一些实施方案中，多胺交联剂是JEFFAMINE D-4000。在一些实施方案中，多胺交联剂是JEFFAMINE D-2000。在一些实施方案中，多胺交联剂是JEFFAMINE T-403。在一些实施方案中，多胺交联剂是JEFFAMINE T-5000。
在一些实施方案中，非水性组合物包含聚氮丙啶交联剂。聚氮丙啶交联剂可以选自由以下各项组成的组：基于乙烯亚胺的三官能聚氮丙啶，包括但不限于季戊四醇三(3-(1-氮丙啶基)丙酸酯、丙烯亚胺三官能聚氮丙啶和三羟甲基丙烷三(2-甲基-1-氮丙啶丙酸酯)。
示例性的可商购获得的聚氮丙啶交联剂包括但不限于：基于乙烯亚胺的三官能聚氮丙啶PZ-33(聚氮丙啶，LLC，Medford，NJ；氮丙啶含量＝6.4至7.3毫当量/克(meq/g)，氮丙啶官能度＝3.3)、丙烯亚胺三官能聚氮丙啶PZ-28(聚氮丙啶，LLC，Medford，NJ；氮丙啶含量＝5.4至6.6meq/g，氮丙啶官能度＝2.8)和三官能聚氮丙啶
Figure BDA0003120066620000201
CX-100(DSMNeoResins Inc.，Wilmington，MA)。在一些实施方案中，聚氮丙啶交联剂是季戊四醇三(3-(1-氮丙啶基)丙酸酯。
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物与多胺或聚氮丙啶交联剂的重量比为约1.5∶1至约15∶1。例如，马来酸酐共聚物与多胺或聚氮丙啶交联剂的重量比可以为约2∶1至约12∶1，约4∶1至约12∶1，或约5∶1至约12∶1，或约2.3∶1、3∶1、3.9∶1、4.3∶1、4.5∶1、5.5∶1、8.6∶1、9∶1或约11∶1。本领域普通技术人员将会理解马来酸酐共聚物与多胺或聚氮丙啶交联剂的比率可以基于要形成的交联密封剂的所需性质和所需胶凝时间而变化。
在一些实施方案中，组合物是非水性组合物。在一些实施方案中，组合物还包含烃系有机溶剂。在一些实施方案中，烃系有机溶剂选自脂族烃溶剂和芳族烃溶剂。在一些实施方案中，烃系有机溶剂可以选自由以下各项组成的组：煤油、二甲苯、甲苯、柴油、矿物油、合成油、石蜡以及它们的组合。在一些实施方案中，溶剂是二甲苯。
在一些实施方案中，马来酸酐共聚物的量为组合物的约1重量％至约25重量％。例如，马来酸酐共聚物可以为组合物的约5重量％至约25重量％或约10重量％至约20重量％，或者组合物的约1重量％、5重量％、10重量％、12重量％、15重量％、17重量％、20重量％、22重量％、23重量％、24重量％或25重量％。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物为组合物的约20重量％。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物为组合物的约15重量％。在一些实施方案中，多胺或聚氮丙啶交联剂的量为组合物的约0.06重量％至约10重量％。例如，多胺或聚氮丙啶交联剂可以为组合物的约1重量％至约2重量％或约5重量％至约10重量％，或者组合物的约1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、9.5重量％或10重量％。本领域普通技术人员将会理解马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂在有机溶液中的浓度可以基于要形成的交联密封剂的所需性质和所需胶凝时间而变化。
在一些实施方案中，组合物还包括胶凝促进剂。胶凝促进剂用于缩短组合物的胶凝时间。在一些实施方案中，胶凝促进剂是烷醇胺。烷醇胺的实例包括但不限于：烷基烷醇胺，诸如N，N-二乙基乙醇胺(DEEA)、N，N-二甲基乙醇胺(DMEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、和N-甲基乙醇胺(NMEA)，三乙醇胺，二乙醇胺和N，N-二甲基乙醇。在一些实施方案中，胶凝促进剂是三乙醇胺、二乙醇胺或N，N-二甲基乙醇。在一些实施方案中，胶凝促进剂是三乙醇胺。在一些实施方案中，胶凝促进剂与多胺或聚氮丙啶交联剂的重量比为约2.5∶1至约10∶1。在一些实施方案中，所述比率为约5∶1。
在一些实施方案中，组合物在约180°F具有小于约4小时的胶凝时间。例如，组合物具有小于约4小时、诸如约3.75小时、3.5小时、3小时、2.5小时、2小时、1.5小时、1.25小时、1小时、0.5小时或约0.25小时的胶凝时间。例如，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约5重量％至约10重量％时，组合物在约180°F可以具有小于约4小时的胶凝时间。在一些实施方案中，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约10重量％并且有机溶剂是二甲苯时，组合物在约180°F具有小于约4小时的胶凝时间。例如，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约5重量％并且有机溶剂是二甲苯时，组合物在约180°F可以具有小于约4小时的胶凝时间。
在一些实施方案中，组合物在约150°F具有小于约5小时的胶凝时间。例如，组合物具有小于约5小时、诸如约4小时、约3.75小时、3.5小时、3小时、2.5小时、2小时、1.5小时、1.25小时、1小时、0.5小时或约0.25小时的胶凝时间。例如，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约4.5重量％至约5.0重量％时，组合物在约150°F可以具有小于约5小时的胶凝时间。在一些实施方案中，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约4.7重量％并且有机溶剂是二甲苯时，组合物在约150°F具有小于约5小时的胶凝时间。例如，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约4.6重量％并且有机溶剂是二甲苯时，组合物在约150°F可以具有小于约5小时的胶凝时间。
在一些实施方案中，组合物在约120°F具有小于约7小时的胶凝时间。例如，组合物具有小于约7小时、诸如约6.5小时、6小时、5.5小时、5小时、4小时、3.75小时、3.5小时、3小时、2.5小时、2小时、1.5小时、1.25小时、1小时、0.5小时或约0.25小时的胶凝时间。例如，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约4.5重量％至约4.7重量％时，组合物在约120°F可以具有小于约7小时的胶凝时间。在一些实施方案中，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的小于约5重量％并且有机溶剂是二甲苯时，组合物在约120°F具有小于约7小时的胶凝时间。例如，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的小于约5重量％并且有机溶剂是二甲苯时，组合物在约120°F可以具有小于约7小时的胶凝时间。
在一些实施方案中，组合物在约120°F具有约80至100小时的胶凝时间。例如，组合物具有约80小时至约90小时或约85小时至约95小时、诸如约80小时、85小时、90小时、95小时或约100小时的胶凝时间。例如，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约4.6重量％至约4.9重量％时，组合物在约120°F可以具有约80至100小时的胶凝时间。在一些实施方案中，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约4.7重量％并且有机溶剂是二甲苯时，组合物在约120°F具有约80至100小时的胶凝时间。例如，当马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约4.8重量％并且有机溶剂是二甲苯时，组合物在约120°F可以具有约80至100小时的胶凝时间。
在一些实施方案中，组合物可以通过以下方式进行设计：在合适的实验室测试的情况下选择合适的多胺或聚氮丙啶交联剂以及合适的马来酸酐共聚物与交联剂比率，以在约180°F得到小于约4小时的胶凝时间，或在约150°F得到小于约5小时的胶凝时间，或在约120°F得到小于约7小时的胶凝时间，或在约120°F得到约80小时至约100小时的胶凝时间。例如，组合物在约180°F可以具有小于约4小时的胶凝时间，或在约150°F可以具有小于约5小时的胶凝时间，或在约120°F可以具有小于约7小时的胶凝时间，或在约120°F可以具有约80小时至约100小时的胶凝时间。
本公开还提供了一种非水性组合物，其包含马来酸酐共聚物、多胺交联剂和烃系有机溶剂。马来酸酐共聚物包括具有结构Ia的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000231
具有结构Ic的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000232
和具有以下结构的重复单元II：
Figure BDA0003120066620000233
重复单元Ia和Ic为马来酸酐共聚物的约95重量％至约98重量％。重复单元II为马来酸酐共聚物的约2.5重量％至约3.5重量％。多胺交联剂选自由以下各项组成的组：TEPA，以及通过环氧丙烷(PO)与三醇引发剂的反应和随后的末端羟基基团的胺化制备的三胺(重均分子量为440g/mol)。烃系有机溶剂是二甲苯。马来酸酐共聚物和多胺交联剂为组合物的约90重量％至约96重量％。
本公开还提供了一种非水性组合物，其包含马来酸酐共聚物、多胺或聚氮丙啶交联剂和烃系有机溶剂。马来酸酐共聚物包括具有结构Ia的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000234
具有结构Id的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000241
和具有以下结构的重复单元II：
Figure BDA0003120066620000242
重复单元Ia和Id为马来酸酐共聚物的约95重量％至约98重量％。重复单元II为马来酸酐共聚物的约2.5重量％至约3.5重量％。多胺或聚氮丙啶交联剂选自由以下各项组成的组：TEPA、重均分子量为2,000g/摩尔的聚氧丙烯二胺、通过环氧丙烷(PO)与三醇引发剂的反应和随后的末端羟基基团的胺化制备的三胺(重均分子量为440Da)以及季戊四醇三(3-(1-氮丙啶基)丙酸酯。烃系有机溶剂是二甲苯。马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约5重量％至约25重量％。
本公开还提供了一种非水性组合物，其包含马来酸酐共聚物、多胺或聚氮丙啶交联剂和烃系有机溶剂。马来酸酐共聚物包括具有结构Ia的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000243
具有结构Ib的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000244
具有结构Ie的重复单元I：
Figure BDA0003120066620000245
和具有以下结构的重复单元II：
Figure BDA0003120066620000251
重复单元Ia、Ib和Ie为马来酸酐共聚物的约95重量％至约99.9重量％。重复单元II为马来酸酐共聚物的约1.4重量％至约2重量％或马来酸酐共聚物的约0.7重量％至约1.3重量％。多胺或聚氮丙啶交联剂选自由以下各项组成的组：TEPA、重均分子量为400Da的聚氧丙烯二胺、通过环氧丙烷(PO)与三醇引发剂的反应和随后的末端羟基基团的胺化制备的三胺(重均分子量为440Da)以及季戊四醇三(3-(1-氮丙啶基)丙酸酯。烃系有机溶剂是二甲苯。马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂为组合物的约5重量％至约25重量％。
本文还提供了马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂的交联反应产物。在一些实施方案中，交联反应产物通过以下方式制备：使多胺或聚氮丙啶交联剂与包括重复单元I和II的马来酸酐共聚物交联：
Figure BDA0003120066620000252
其中各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；并且各重复单元I是相同的或不同的。
交联反应产物可以是密封剂(例如，密封剂凝胶)。在一些实施方案中，密封剂是刚性凝胶、鸣振(ringing)凝胶或唇形变(lipping)凝胶。“刚性凝胶”是当从其容器中取出时保持其形状并且不变形的凝胶。“鸣振凝胶”是当在硬表面上轻轻敲击容纳凝胶的容器时将会像音叉一样振动的凝胶。“唇形变凝胶”是当容纳凝胶的容器倾斜时将会变形并且倾向于在倾斜方向上弹性延伸的凝胶。
其他另外的组分
在各种实施方案中，包含马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂的非水性组合物还可以包含一种或多种合适的另外的组分。另外的组分可以是任何合适的另外的组分，使得可以如本文所描述使用组合物。
组合物还可以包含一种或多种非水性流体。组合物可以包含包括以下各项中的至少一种的非水性流体：二丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、二甘醇甲醚、乙二醇丁醚、二甘醇丁醚、右旋柠檬烯、2-丁氧基乙醇、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、柴油、煤油、矿物油、包含内烯烃的烃、包含α烯烃的烃、二甲苯和离子液体。组合物可以包含任何合适比例的一种或多种非水性流体，诸如组合物的约70重量％至约95重量％、或约80重量％至约90重量％、或约70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％或约95重量％。
包含马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂的非水性组合物可以在将组合物放置在地下地层中或使组合物和地下材料接触之前、期间或之后与任何合适的井下流体组合使用。例如，可以将组合物与井下流体组合向上泵送至地表，然后将组合组合物放置在地下地层中或者与地下材料接触。备选地，可以将组合物注入到地下地层中以与井下流体组合，并且使组合的组合物与地下材料接触或被认为放置在地下地层中。在一些实施方案中，在将组合物放置在地下地层中或使地下材料和组合物接触之前、期间或之后中的至少一者，在地下地层中单独地或与其他材料组合地使用组合物作为钻井液、解卡液、完井液、补救处理液、废弃液、小段塞(pill)、封隔液或它们的组合。
小段塞是用于完成常规钻井液无法执行的特定任务的相对少量(例如，小于约500桶(bbl)或小于约200bbl)的钻井液。例如，小段塞可以是高粘度小段塞，例如用于帮助将钻屑从垂直井眼中提升出来。在另一个实例中，小段塞可以是淡水小段塞，例如用于溶解盐层。另一个实例是解卡(pipe-freeing)小段塞，例如用于破坏滤饼并且减轻压差卡钻力。在另一个实例中，小段塞是堵漏材料小段塞，例如用于封堵漏失区。小段塞可以包括在本文中作为钻井液的组分描述的任何组分。
处理地下地层的方法
另外，本公开提供了一种处理地下地层的方法。所述方法包括：在地下地层中提供包含马来酸酐共聚物以及多胺或聚氮丙啶交联剂的非水性组合物(诸如本文所述的非水性组合物)，以及使马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成交联反应产物。马来酸酐共聚物包括具有以下结构的重复单元I和II：
Figure BDA0003120066620000271
各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；并且各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基。各重复单元I可以是相同的或不同的。在一些实施方案中，组合物还包含烃系有机溶剂。
在一些实施方案中，交联产物是密封剂。例如，交联产物可以是密封剂凝胶。
在一些实施方案中，提供或形成交联反应产物在地表上进行。在一些实施方案中，提供或形成交联反应产物在地下地层中进行。例如，可以首先将马来酸酐共聚物引入到地下地层中，可以然后将多胺或聚氮丙啶交联剂引入到地下地层中。备选地，可以首先将多胺或聚氮丙啶交联剂引入到地下地层中，可以然后将马来酸酐共聚物引入到地下地层中。在一些情况下，两种反应物可以作为两个单独的物流注入，并且使其在关注的区域中交联。
在一些实施方案中，使马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成交联反应产物(例如，密封剂凝胶)在套管、套管-套管环空或管道-套管环空中的至少一个附近或之内进行。在一些实施方案中，形成交联反应产物(例如，密封剂)在水泥环和管道中的至少一个中的空隙中进行。在一些实施方案中，形成交联反应产物(例如，密封剂)在井眼中进行，交联反应产物(例如，交联密封剂凝胶)因此形成临时化学封隔物。
在一些实施方案中，密封剂防止或阻止不希望的向地层中的流体损失或漏失，或者防止不希望的流体从地层流入井眼中。在一些实施方案中，不希望的流体是水或气体。
本公开还提供了一种防止或减轻钻井液或其他流体循环在穿透地下地层的井眼中的损失的方法。在一些实施方案中，在加重或未加重的“小段塞”中提供包含马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂的非水性组合物用于引入到井眼中。这样的“小段塞”通常包含与所需量的基础油或非水性基础钻井液以及在一些情况下的加重剂(诸如重晶石、碳酸钙或盐)掺合的组合物。如果需要组合使用水基流体，则可以将两者作为两相流体体系使用。小段塞中使用的组合物的量将取决于待处理的地下裂缝、开口、循环漏失区的大小。如果需要的话，可以使用多个小段塞或处理。在一些实施方案中，在将包含组合物的小段塞引入到井眼中的同时停止钻井。组合物可以进入地层的循环漏失区或者多孔或裂缝的部分，在那里它将防止或阻止钻井液和其他井眼流体的进入。此外，压力可以用于将小段塞挤注到循环漏失区中并且使浆料去流化。
本文还提供了一种维护井眼的方法。所述方法包括：在井眼和地下地层中的至少一个的一部分内提供包含马来酸酐共聚物以及多胺或聚氮丙啶交联剂的非水性组合物(诸如本文所述的非水性组合物)，以及使马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成交联反应产物。马来酸酐共聚物包括具有以下结构的重复单元I和II：
Figure BDA0003120066620000281
各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；并且各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基。各重复单元I可以是相同的或不同的。在一些实施方案中，组合物还包含烃系有机溶剂。
在一些实施方案中，使用泵将组合物引入到井眼和地下地层中的至少一个中。在一些实施方案中，马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂可以从至少一个源一起泵送，或者可以从至少两个不同的源同时泵送。备选地，可以首先泵送马来酸酐共聚物，可以然后泵送多胺或聚氮丙啶交联剂。备选地，可以首先泵送多胺或聚氮丙啶交联剂，可以然后泵送马来酸酐共聚物。
在本文提供的方法的一些实施方案中，使马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成交联反应产物(例如，密封剂凝胶)在套管、套管-套管环空、管道-套管环空附近进行，或者在水泥环和管中的至少一个中的空隙中进行，并且使马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成交联反应产物(例如，密封剂凝胶)防止或阻止不希望的向地层中的流体损失或漏失。
实施例
使溶解在有机溶剂中的弹性体马来酸酐(MA)共聚物的溶液与基于胺或氮丙啶的交联剂交联以形成橡胶样弹性有机凝胶。在约100°F至约225°F的温度范围内，交联时间是可控的，使得它们适合于大多数挤注补救应用。
从商业来源获得一系列弹性体共聚物，其含有作为共聚单体的马来酸酐(MA)与多种其他共聚单体，包括乙烯和丙烯酸丁酯(聚合物A；
Figure BDA0003120066620000291
3410，Arkema，KingofPrussia，PA)，乙烯和丙烯酸乙酯(聚合物B；
Figure BDA0003120066620000292
8200)，以及乙烯、丁烯和苯乙烯(聚合物C和聚合物D；分别为
Figure BDA0003120066620000293
FG1901G和
Figure BDA0003120066620000294
FG1924G，Kraton Polymers，Houston，TX、)。弹性体共聚物在商业上通过以下方式制造：在聚合阶段期间使用作为共聚单体的马来酸酐，或者在后聚合阶段中通过在接枝引发剂的存在下接枝马来酸酐而添加到聚合物上。
聚合物#1(
Figure BDA0003120066620000295
35BA320，Arkema)和#2(
Figure BDA0003120066620000296
G1701、G1702、G1730或G1740，Kraton Polymers)代表可商购获得的弹性体聚合物的比较例，其含有重复单元I但是不含任何马来酸酐。
聚合物的结构细节以及热学和力学性能在表1中显示。
表1.
Figure BDA0003120066620000301
Figure BDA0003120066620000302
单体1和单体2的重量％之和＝70重量％
Figure BDA0003120066620000303
单体1和单体2的重量％之和＝83重量％
将表1示出的弹性体共聚物在室温或高温溶解在二甲苯中，然后与多胺或聚氮丙啶交联剂混合。多胺交联剂包括四亚乙基五胺(TEPA)、Jeffamine EDR 148、JeffamineD400、Jeffamine D2000、Jeffamine T403和Jeffamine T5000。聚氮丙啶交联剂是PZ-33。当需要时，使用三乙醇胺(TEA)作为胶凝时间加速剂。表1中的聚合物以及多胺或聚氮丙啶在不同温度的交联作用的结果在表2中显示。
表2.
Figure BDA0003120066620000304
Figure BDA0003120066620000311
1-在室温(RT)混合后立即增粘。在加热至180°F期间流体变得可流动。
2-在室温混合后立即增粘。在加热至180°F期间流体变得可流动。
3-弱凝胶。
4-强凝胶。
5-在45分钟内增粘。
6-在45分钟内增粘。
表2显示出基于溶剂的树脂制剂可以被设计为在领域相关的胶凝时间下胶凝，以用于宽温度范围(＜120°F-＞180°F)内的应用。这些凝胶可用于挤注到注水泥区域中，而没有关于凝胶因水泥或普通水解降解而降解的任何担忧。这些基于溶剂的制剂也适合并且优选用于挤注到未固结的或者具有流动通道但是还含有高水平的可溶胀粘土的地层(例如岩溶地层)中。马来酸酐的存在是必要的，因为使用交联剂与聚合物#1和比较聚合物#2的组合的实验并未产生交联的凝胶。
其他实施方案
应当理解，虽然已经结合本文的详细描述描述了各种实施方案，但是上述描述旨在举例说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定。其他方面、优点和改变在所附权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种非水性组合物，所述非水性组合物包含：
包括重复单元I和II的马来酸酐共聚物：
Figure FDA0003120066610000011
其中：
各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；
各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；并且
各重复单元I是相同的或不同的；以及
多胺或聚氮丙啶交联剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中：
各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5；并且
各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中
各R1是H，并且
各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-CH2CH3、-C＝O(O)CH2CH3、-C＝O(O)(CH2)3CH3和-C6H5。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中重复单元I选自由以下各项组成的组：结构Ia、Ib、Ic、Id和Ie：
Figure FDA0003120066610000012
以及它们的组合。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述马来酸酐共聚物包括：
具有以下结构的重复单元II：
Figure FDA0003120066610000021
具有结构Ia的重复单元I：
Figure FDA0003120066610000022
和
具有结构Ic的重复单元I：
Figure FDA0003120066610000023
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述马来酸酐共聚物包含：
具有以下结构的重复单元II：
Figure FDA0003120066610000024
具有结构Ia的重复单元I：
Figure FDA0003120066610000025
和
具有结构Id的重复单元I：
Figure FDA0003120066610000026
7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述马来酸酐共聚物包括：
具有以下结构的重复单元II：
Figure FDA0003120066610000031
具有结构Ia的重复单元I：
Figure FDA0003120066610000032
具有结构Ib的重复单元I：
Figure FDA0003120066610000033
和
具有结构Ie的重复单元I：
Figure FDA0003120066610000034
8.根据权利要求1所述的组合物，其中重复单元I和II在所述马来酸酐共聚物中是无规分布的。
9.根据权利要求8所述的组合物，其中：
所述重复单元I排列为彼此线性连接的单个聚合链段的嵌段或排列为通过原子连接的4-臂单元；并且
所述重复单元II沿着聚合物链选择性地连接至仲碳或叔碳。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中所述重复单元II为所述马来酸酐共聚物的约0.1重量％至约10重量％。
11.根据权利要求1所述的组合物，其中所述重复单元I为所述马来酸酐共聚物的约70重量％至约99.9重量％。
12.根据权利要求1所述的组合物，其中所述马来酸酐共聚物具有约2g/10min至约250g/10min的熔体指数。
13.根据权利要求1所述的组合物，其中所述马来酸酐共聚物具有约350％至约800％的断裂伸长率。
14.根据权利要求1所述的组合物，其中所述马来酸酐共聚物具有小于约60℃的维卡软化点。
15.根据权利要求1所述的组合物，其中所述交联剂是选自由以下各项组成的组中的多胺交联剂：脂族多胺、芳族多胺和聚醚多胺以及它们的组合。
16.根据权利要求1所述的组合物，其中所述交联剂是聚氮丙啶交联剂。
17.根据权利要求1所述的组合物，其中所述马来酸酐共聚物与所述交联剂的重量比为约1.5∶1至约15∶1。
18.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物还包含选自脂族烃溶剂和芳族烃溶剂的烃系有机溶剂。
19.根据权利要求17所述的组合物，其中所述马来酸酐共聚物为所述组合物的约1重量％至约20重量％。
20.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物在约180°F具有小于约4小时的胶凝时间，或者在约150°F具有小于约5小时的胶凝时间，或者在约120°F具有小于约100小时或小于约7小时的胶凝时间。
21.一种处理地下地层的方法，所述方法包括：
向地下地层提供：
包括重复单元I和II的马来酸酐共聚物：
Figure FDA0003120066610000041
其中：
各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；
各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；并且
各重复单元I是相同的或不同的；以及
多胺或聚氮丙啶交联剂；并且
使所述马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成作为密封剂凝胶的交联反应产物。
22.根据权利要求21所述的方法，其中使所述马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成密封剂凝胶在套管、套管-套管环空、管道-套管环空附近进行，或者在水泥环和管中的至少一个中的空隙中进行，并且使所述马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成密封剂凝胶防止或阻止不希望的向所述地层中的流体损失或漏失，或者防止不希望的流体从所述地层流入井眼。
23.根据权利要求21所述的方法，其中使所述马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成密封剂凝胶在井眼中进行，其中所述密封剂凝胶形成临时化学封隔物。
24.一种交联反应产物，所述交联反应产物通过包括以下步骤的方法制备：
提供：
包括重复单元I和II的马来酸酐共聚物：
Figure FDA0003120066610000051
其中：
各R1独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；
各R2独立地选自由以下各项组成的组：-H、-(C1-C5)烷基、-C＝O(O)(C1-C5)烷基和芳基；并且
各重复单元I是相同的或不同的；以及
多胺或聚氮丙啶交联剂；以及
使所述马来酸酐共聚物和多胺或聚氮丙啶交联剂交联以形成交联反应产物。
25.根据权利要求24所述的交联反应产物，所述交联反应产物是密封剂凝胶。
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