DE102008056325A1

DE102008056325A1 - Verfahren zur Herstellung abbaubarer Materialien und Verfahren zur Verwendung in unterirdischen Formationen

Info

Publication number: DE102008056325A1
Application number: DE102008056325A
Authority: DE
Inventors: Michael N. Eden Prairie Mang
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-05-14
Also published as: US20080070810A1; US8598092B2; JP2009114448A; US8846584B2; GB0819766D0; US20120181035A1; GB2457995A

Abstract

Verfahren zur Herstellung abbaubarer Partikel und Aufschlämmungen daraus und Verfahren, die sich auf die Verwendung dieser abbaubaren Partikel und Aufschlämmungen in unterirdischen Anwendungen beziehen. Unter den vielen bereitgestellten Verfahren sind Verfahren, welche umfassen: Bereitstellen einer abbaubaren Materialmischung, welche ein abbaubares Material und ein erstes Lösungsmittel umfasst; Bereitstellen eines Fluids, welches ein zweites Lösungsmittel und ein oberflächenaktives Mittel umfasst, worin das erste und zweite Lösungsmittel ineinander nicht mischbar sind; Vereinigen der abbaubaren Materialmischung und des Fluids unter ausreichender Scherung, um eine Emulsion zu bilden, welche eine diskontinuierliche Phase und eine kontinuierliche Phase umfasst, wobei die diskontinuierliche Phase die abbaubare Materialmischung umfasst und die kontinuierliche Phase das zweite Lösungsmittel umfasst; Entfernen wenigstens eines Teiles des ersten Lösungsmittels aus der diskontinuierlichen Phase; und Bilden einer Vielzahl von abbaubaren Partikeln. Weitere Verfahren werden ebenso bereitgestellt.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist eine Continuation-in-part der US-Patentanmeldung Seriennummer 11/049,464, eingereicht am 2. Februar 2005 mit dem Titel „Erzeugung abbaubarer Partikel und damit verbundene Verfahren", deren gesamte Offenbarung hierin durch Verweis beinhaltet ist.
HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen abbaubare Partikel. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung von abbaubaren partikulären Teilchen und Aufschlämmungen (Slurry) daraus und Verfahren die die Verwendung dieser abbaubaren partikulären Teilchen und Aufschlämmungies in unterirdischen Anwendungen betreffen.
Abbaubare Partikel umfassen abbaubare Materialien (welche häufig abbaubare Polymere umfassen), welche in der Lage sind einen irreversiblen Abbau durchzumachen, wenn sie in unterirdischen Anwendunen eingesetzt werden, z. B. in einem Bohrloch. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Partikel" auf ein Teilchen oder mehrere Teilchen, welche eine physikalische Gestalt von Plättchen, Spänen, Fasern, Flocken, Bändern, Stäbchen, Streifen, Sphäroiden, Toroiden, Pellets, Tabletten oder jede andere geeignete Gestalt haben können. Der Ausdruck „irreversibel", wie hier verwendet, bedeutet, dass das abbaubare Material in situ zerfallen sollte (z. B. innerhalb eines Bohrlochs), aber nach dem Abbau (z. B. in einem Bohrloch) in situ nicht wieder kristallisieren oder sich wieder verfestigen sollte. Die Ausdrücke „Abbau" oder „abbaubar" beziehen sich auf beide der zwei relativ extreme Fälle des hydrolytischen Abbaus, welchen das abbaubare Material durchmachen kann, z. B. heterogen (oder Bulkerosion) und homogen (oder Oberflächenerosion), und jedes Stadium des Abbaus zwischen diesen beiden. Dieser Abbau kann ein Ergebnis von, unter anderem, einer chemischen oder thermischen Reaktion sein oder einer Reaktion, die durch Strahlung hervorgerufen wird. Die Ausdrücke „Polymer" oder „Polymere", wie hierin verwendet, implizieren nicht einen bestimmten Grad der Polymerisation; beispielsweise sind Oligomere innerhalb dieser Definition umfasst.
Die Abbaubarkeit eines abbaubaren Polymers hängt häufig zumindest teilweise von seiner molekularen Struktur ab. Beispielsweise ergibt die Gegenwart von hydrolysierbaren und/oder oxidierbaren Verknüpfungen in der Molekülstruktur häufig ein Material, welches wie hier beschrieben abbauen wird. Die Raten, mit welchen diese Polymere abbauen, können, unter anderem, abhängig sein von der Art (den Arten) der Wiederholungseinheiten, Zusammensetzung, Sequenz, Länge, Molekülgeometrie, Molekülgewicht, Morphologie (z. B. Kristallinität, Größe der Sphäruliten und Orientierung), Hydrophilizität, Hydrophobizitat, Oberflächengebiet und Zusätzen. Auch kann die Umgebung, welchem das Polymer ausgesetzt ist, beeinflussen, wie es abbaut, z. B. Temperatur, Gegenwart von Feuchtigkeit, Sauerstoff, Mikroorganismen, Enzyme, pH und ähnliches.
Die physikalischen Eigenschaften von abbaubaren Polymeren können von mehreren Faktoren abhängen, wie der Zusammensetzung der Wiederholungseinheiten, der Flexibilität der Kette, der Gegenwart von polaren Gruppen, der molekularen Masse, des Grades der Verzweigung, der Kristallinität, der Orientierung, usw.. Beispielsweise können kurze Kettenverzweigungen den Grad der Kristallinität von Polymeren reduzieren, während lange Kettenverzweigungen die Schmelzviskosität erniedrigen und, unter anderem, Dehnviskosität mit tensionsversteifendem Verhalten verleihen. Die Abbaubarkeit eines Polymers kann weiterhin maßgeschneidert werden durch Blenden und Copolymerisieren mit einem weiteren Polymer oder durch Verändern der makromolekularen Architektur (z. B. hyperverzweigte Polymere, sternförmig oder Dendrimere, usw.). Die Eigenschaften jedes solcher geeigneten abbaubaren Polymere (z. B. Hydrophobizität, Hydrophilizität, Rate des Abbaus, usw.) können maßgeschneidert werden durch Einführung ausgewählter funktioneller Gruppen entlang der Polymerketten. Beispielsweise wird Poly(phenyllactid) mit ungefähr einem Fünftel der Rate von razemischen Poly(lactid) bei einem pH von 7,4 bei 55°C abbauen.
Oftmals sind abbaubare Materialien kommerziell in Pelletform erhältlich. Für die Verwendung in bestimmten unterirdischen Arbeitsvorgängen (z. B. als Säurevorstufen, Wasserretentionspartikel (fluid loss control particle), Ablenkmittel, Filterkuchenkomponenten, Zusätze zu Bohrflüssigkeiten, Zementzusätze, usw.), kann es wünschenswert sein, die mittlere Partikelgröße des abbaubaren Materials zu variieren, neben anderen Zwecken, um die Dispersion der Materialien in einer Aufschlämmung zu erleichtern und/oder die Reaktivität und/oder Rate der Reaktivität der abbaubaren Materialien zu kontrollieren.
Daher können bestimmte Verfahren erwünscht sein, um abbaubare Partikel zu erzeugen, welche an die Stelle einer Arbeit transportiert werden können und in unterirdischen Behandlungen verwendet werden können. Bekannte Herstellungsverfahren, welche solche partikulären Teilchen herstellen können, beinhalten kryogenes Feinmahlen, welches ein teures Verfahren ist, das das Mahlen eines abbaubaren Polymers, wie Poly(Milchsäure) bei kryogenen Temperaturen involviert, um Partikel und Pulver zu bilden, welche die gewünschte Gestalt und Größe haben. Oftmals sind diese Mahlprozesse ineffizient, erfordern große Mengen an flüssigem Stickstoff und mehrfache Durchgänge durch die Anlage, welches für gewöhnlich in Ausbeuteverlusten resultiert. Weiterhin sind kryogene Mahlverfahren im allgemeinen nicht für die Herstellung von abbaubaren Partikeln verwendbar, welche kleiner als ungefähr 150 μm im Durchmesser sind. Auch ist eine mechanische Klassifizierung (z. B. mechanische Klassifizierung, um Partikel von unterschiedlicher Größe zu separieren, um eine spezifische Größenverteilung zu erhalten) häufig erforderlich, um eine enge Partikelgrößenverteilung zu erhalten.
Ein weiteres Verfahren, welches verwendet werden kann um abbaubare Partikel abtransportabel zu machen, ist Sprühtrocknung. Sprühtrocknungsverfahren schließen für gewöhnlich die Auflösung einer abbaubaren Polymerprobe in einem flüchtigen Lösungsmittel (welches für sich ein Umweltproblem sein kann) ein und das Sprühen der Lösung in einem Strom von heißem Gas, um abbaubare Partikel herzustellen. Die mechanische Klassifizierung und Sprühtrocknungsverfahren erfordern jedoch im allgemeinen in einer speziell ausgelegten Fabrikanlage durchgeführt zu werden und die Massenproduktion von abbaubaren Partikeln der gewünschten Größen unter Verwendung dieser Verfahren kann nicht praktikabel sein. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung abbaubarer Partikel ist ein Extrusionsverfahren; Extrusionsverfahren sind jedoch im allgemeinen nicht brauchbar für die Herstellung von abbaubaren Partikeln, welche kleiner als ungefähr 500 μm im Durchmesser sind. Außerdem benutzen einige Verfahren, die im Stand der Technik zur Erzeugung von abbaubaren Partikeln bekannt sind, bestimmte Arten von oberflächenaktiven Stoffen (z. B. Natriumdodecylsulfat), welche in Kleinserienfertigung wirksam sein können, aber welche weniger praktikabel für die Herstellung abbaubarer Polymerteilchen in größerem Maßstab sein können.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen abbaubare Partikel. Spezifischer, die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von abbaubaren Partikeln und Aufschlämmungen daraus und Verfahren, die sich auf die Verwendung dieser abbaubaren Partikel und Aufschlämmungen in unterirdischen Anwendungen beziehen.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung Verfahren zur Verfügung, welche umfassen: Bereitstellen einer abbaubaren Materialmischung, welche ein abbaubares Material und ein erstes Lösungsmittel umfasst; Bereitstellen eines Fluids, welches ein zweites Lösungsmittel und ein oberflächenaktives Mittel umfasst, worin das erste und zweite Lösungsmittel ineinander nicht mischbar sind; Vereinigen der abbaubaren Materialmischung und des Fluids mit ausreichender Scherung, um eine Emulsion zu bilden, welche ein diskontinuierliche Phase und eine kontinuierliche Phase umfasst, wobei die diskontinuierliche Phase die abbaubare Materialmischung umfasst und die kontinuierliche Phase das zweite Lösungsmittel umfasst; Entfernen wenigstens eines Teils des ersten Lösungsmittel aus der diskontinuierlichen Phase; und Bilden einer Vielzahl von abbaubaren Partikeln.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung Verfahren bereit, welche umfassen: Bereitstellen einer abbaubaren Materialmischung, die ein abbaubares Material und ein erstes Lösungsmittel umfasst; und Vereinigen der abbaubaren Materialmischung mit einem zweiten Lösungsmittel unter Scherung, um eine Fest-Flüssig-Dispersion umfassend eine feste Phase und eine flüssige Phase zu bilden, wobei die feste Phase abbaubare Partikel umfasst und die flüssige Phase das erste Lösungsmittel und das zweite Lösungsmittel umfasst, worin das erste und zweite Lösungsmittel ineinander löslich sind.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung Verfahren bereit welche umfassen: (a) Bereitstellen einer abbaubaren Materialmischung, welche ein abbaubares Material und ein erstes Lösungsmittel umfasst; (b) Bereitstellen eines Fluids, welches ein zweites Lösungsmittel und ein oberflächenaktives Mittel umfasst; (c) Vereinigen der abbaubaren Materialmischung und des Fluids mit ausreichender Scherung, um eine Emulsion zu bilden, die eine diskontinuierliche Phase und eine kontinuierliche Phase umfasst, wobei die diskontinuierliche Phase die abbaubare Materialmischung umfasst und die kontinuierliche Phase das Fluid umfasst; (d) Entfernen wenigstens eines Teils des ersten Lösungsmittel aus der diskontinuierlichen Phase; (e) Bilden einer Aufschlämmung, welches abbaubare Partikel und das zweite Lösungsmittel umfasst; und (f) Einbringen wenigstens eines Teils der Aufschlämmung aus abbaubaren Partikel in wenigstens einen Teil der unterirdischen Formation.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung Verfahren bereit, welche umfassen: Bereitstellen einer Mischung aus abbaubarem Material und überkritischem Fluid, welches ein abbaubares Material umfasst; Erlauben der abbaubaren Material-Überkritischen Fluid-Mischung zu expandieren durch eine Öffnung in eine Zone niedrigeren Drucks; und Erlauben, dass sich abbaubare Partikel bilden.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung Verfahren bereit, welche umfassen: Bereitstellen einer abbaubaren Materialschmelze, welche ein abbaubares Material umfasst; Atomisieren der abbaubaren Materialschmelze in einen Atomisierungsfluidstroms; und Erlauben, dass sich abbaubare Partikel bilden.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann rasch offenkundig sein. Während zahlreiche Änderungen durch den Fachmann gemacht werden können, sind solche Änderungen innerhalb des Geistes der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen abbaubare Partikel. Spezifischer betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung von abbaubaren Partikeln und Aufschlämmungen daraus und Verfahren, die sich auf die Verwendung dieser abbaubaren Partikel und Aufschlämmungen in unterirdischen Anwendungen beziehen.
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren zur Herstellung von abbaubaren Partikeln und Aufschlämmungen aus diesen abbaubaren Partikeln bereit. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Partikel" auf ein Teilchen oder mehrere Teilchen, welche eine physikalische Gestalt von Plättchen, Spänen, Fasern, Flocken, Bändern, Stäbchen, Streifen, Sphäroiden, Toroiden, Pellets, Tabletten oder jede andere geeignete Gestalt haben. Der Ausdruck „abbaubar", wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen irreversiblen Abbau. Die Ausdrücke „Abbau" oder „abbaubar" beziehen sich auf beide der zwei relativ extremen Fälle des hydrolytischen Abbaus, welchen das abbaubare Material durchmachen kann, z. B. heterogen (oder Bulkerosion) und homogen (oder Oberflächenerosion) und jedes Stadium des Abbaus zwischen diesen beiden Fallen. Dieser Abbau kann das Ergebnis einer, unter anderem, chemischen oder thermischen Reaktion sein oder einer Reaktion, die durch Strahlung induziert wird. Der Ausdruck „irreversibel", wie hierin verwendet, bedeutet, dass das abbaubare Material in situ zerfallen sollte (z. B. innerhalb eines Bohrlochs), aber nicht nach dem Abbau (z. B. in einem Bohrloch) in situ nicht wieder kristallisieren oder sich wieder verfestigen soll.
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren bereit, welche verwendet werden können, um abbaubare Partikel von einer geeigneten oder gewünschten Größe und Form zur Verwendung in unterirdischen Anwendungen zu erzeugen. Einer der vielen Vorteile, die durch bestimmte Verfahren und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sich ergeben, ist die Möglichkeit die abbaubaren Partikel zu modifizieren, so dass sie auf Änderungen in Bedingungen und Anforderungen antworten. Beispielsweise könnte die Teilchengrößenverteilung und/oder relative Geschmeidigkeit der Partikel modifiziert werden basierend auf den bestimmten unterirdischen Bedingungen, die angetroffen werden. Die abbaubaren Partikel können unterschiedliche Eigenschaften haben, wie relative Härte, Geschmeidigkeit, Abbaurate etc., abhängig von den Verarbeitungsfaktoren, der Art des verwendeten abbaubaren Polymers, usw. Die spezifischen Eigenschaften der hergestellten abbaubaren Partikel können variieren durch Variation bestimmter Prozessparameter (beinhaltend Zusammensetzungen), welche einem gewöhnlichem Fachmann mit dem Wissen der Offenbarung offensichtlich sein werden. Beispiele von unterirdischen Anwendungen, in welchen die erzeugten abbaubaren Partikel verwendet werden können beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Anwendungen wie Wasserretentionspartikel, Ablenkmittel, Filterkuchenbestandteile, Bohrflüssigkeitszusätze, Zementzusammensetzungszusätze, weitere Säure-Vorläufer-Bestandteile und ähnliches.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung auch Verfahren bereit, welche verwendet werden können um direkt Aufschlämmungen aus abbaubaren Partikeln in Wasser zu generieren ohne den Bedarf für zusätzliche Schritte oder Verfahren, welches den Bedarf zur Herstellung der abbaubaren Partikel erleichtern kann und folgend diese zu Wasser oder einem weiteren Fluid in einem separaten Schritt zuzufügen, um eine Aufschlämmung zu bilden oder die Menge an Wasser oder weiterem Fluid, welches zugeführt werden sollte, reduzieren kann, um eine Aufschlämmung zu bilden. Die abbaubaren Partikel oder Aufschlämmungen daraus können in einer unterirdischen Anwendung mit oder ohne einem Behandlungsfluid verwendet werden, abhängig von der Verwendung.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Aufschlämmung" auf jede Mischung aus suspendierten Feststoffen (z. B. die abbaubaren Partikel, säurelösliche Materialien und ähnliches) und Flüssigkeiten.
Die abbaubaren Partikel und Aufschlämmungen daraus, welche in Verbindung mit einem Verfahren der vorliegenden Erfindung gemacht worden sind, können mit Behandlungsfluid kurz nach deren Bildung vereinigt werden oder sie können in einem geeigneten Sammelbehälter gelagert werden zur Verwendung zu einem bestimmten Zeitpunkt. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Behandlungsfluid" auf jedes Fluid, welches in einer unterirdischen Anwendung verwendet werden kann in Verbindung mit einer gewünschten Funktion und/oder einem gewünschten Zweck. Der Ausdruck „Behandlungsfluid" impliziert nicht eine bestimmte Aktion durch das Fluid oder eines Bestandteils daraus. In einigen Ausführungsformen kann ein Behandlungsfluid (oder ein Bestandteil daraus), mit welchem die abbaubaren Partikel in einem Bohrloch platziert werden, in ein Verfahren zur Herstellung der abbaubaren Partikel einbezogen werden, z. B. als ein Lösungsmittel oder Fluid in dem Verfahren.
In bestimmten Ausführungsformen können die abbaubaren Partikel oder Aufschlämmungen daraus hergestellt werden und anschließend für einen gewünschten Zeitraum gelagert werden. In anderen Ausführungsformen dieser Erfindung können die abbaubaren Partikel oder Aufschlämmungen daraus hergestellt werden und anschließend relativ zeitnah in einer unterirdischen Anwendung verwendet werden. Unter anderem kann die Lagerfähigkeit der abbaubaren Partikel und Aufschlämmungen daraus und die bestimmte Anwendung, in welchen sie verwendet werden, vorschreiben, ob eine Lagerung oder unmittelbare Verwendung bevorzugt ist. In bestimmten Ausführungsformen können die abbaubaren Partikel oder Aufschlämmungen daraus hergestellt werden unter Verwendung eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung an der Baustelle (z. B. eine Stelle, wo ein Bohrloch in eine unterirdische Formation gebohrt worden ist) oder sie können an einer abseits gelegenen Stelle hergestellt werden, um anschließend an eine Baustelle zur Verwendung transportiert werden.
In bestimmten Ausführungsformen umfassen die Verfahren der vorliegenden Erfindung: Bereitstellen einer abbaubaren Materialmischung, die ein abbaubares Material und ein erstes Lösungsmittel umfasst; Bereitstellen eines Fluids, das ein zweites Lösungsmittel und ein oberflächenaktives Mittel umfasst, worin das erste und zweite Lösungsmittel inein ander nicht mischbar sind; Vereinigen der abbaubaren Materialmischung und des Fluids unter ausreichender Scherung, um eine Emulsion zu bilden, welche eine diskontinuierliche Phase und eine kontinuierliche Phase umfasst, wobei die diskontinuierliche Phase die abbaubare Materialmischung umfasst und die kontinuierliche Phase das zweite Lösungsmittel umfasst; und Entfernen wenigstens eines Teils des ersten Lösungsmittels aus der diskontinuierlichen Phase; und Bilden einer Vielzahl von abbaubaren Partikeln. Wie hierin verwendet, erfordert der Ausdruck „Lösungsmittel" nicht, dass eine weitere Substanz (z. B. das abbaubare Material) notwendigerweise bis zu irgendeinem Grad dann aufgelöst ist und daher umfassen die abbaubare Materialmischung, umfassend das erste Lösungsmittel, und das Fluid umfassend das zweite Lösungsmittel, nicht notwendigerweise Lösungen aus irgendeinem Material, die in dem ersten oder zweiten Lösungsmittel gelöst ist.
In bestimmten Ausführungsformen umfassen die Verfahren der vorliegenden Erfindung: Bereitstellen einer abbaubaren Materialmischung, die ein abbaubares Material und ein erstes Lösungsmittel umfasst; Bereitstellen eines Fluids, das ein zweites Lösungsmittel und ein oberflächenaktives Mittel umfasst, worin das erste und zweite Lösungsmittel ineinander nicht mischbar sind; Vereinigen der abbaubaren Materialmischung und des Fluids unter ausreichend Scherung, um eine erste Emulsion zu bilden, welche ein diskontinuierliche Phase und eine kontinuierliche Phase umfasst, wobei die diskontinuierliche Phase die abbaubare Materialmischung umfasst und die kontinuierliche Phase das Fluid umfasst; Weiterführen der Vereinigung des Fluids mit der ersten Emulsion bis eine Phaseninversion auftritt, um eine zweite Emulsion zu bilden, wobei die zweite Emulsion eine diskontinuierliche Phase umfasst, die die abbaubare Materialmischung umfasst, und eine kontinuierliche Phase, die das zweite Lösungsmittel umfasst; Entfernen des ersten Lösungsmittels aus der diskontinuierlichen Phase der zweiten Emulsion; und Bilden einer Dispersion aus abbaubaren Partikel in der kontinuierlichen Phase der zweiten Emulsion.
Die abbaubaren partikulären Teilchen, die in den Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, können in unterirdischen Anwendungen mit oder ohne einen Behandlungsfluid verwendet werden, in Abhängigkeit von der Verwendung. In einigen Ausführungsformen kann das Fluid, das in der Herstellung der abbaubaren Partikel verwendet wird, ein Behandlungslfluid umfassen. Dies kann von Vorteil sein, wenn eine hohe Konzentration der abbaubaren Partikel in dem Behandlungsfluid gewünscht ist (z. B. über ungefähr 25% des Fluids). In anderen Ausführungsformen können die abbaubaren Partikel oder Aufschlämmungen daraus in einem Batchverfahren hergestellt werden und anschließend, zu einem gewünschten Zeitpunkt, können sie zu einem Behandlungsfluid zugefügt werden, um in eine unterirdische Formation platziert zu werden. Diese Verfahren können beispielsweise nützlich sein, wenn eine niedrigere Konzentration an abbaubaren Partikel für die Anwendung erwünscht ist.
Die abbaubare Materialmischung kann jede geeignete Art von Mischung eines abbaubaren Materials und eines Lösungsmittels sein, beinhaltend, aber nicht beschränkt darauf, eine Lösung und/oder eine Suspension. In einer Ausbildungsform kann die abbaubare Materialmischung gebildet werden durch Bilden einer abbaubaren Monomermischung (welche eine Lösung und/oder eine Suspension umfassen kann) und anschließendem Reagieren der abbaubaren Monomermischung, um dass Monomer zu polymerisieren, um eine abbaubare Polymermischung zu bilden, welche verwendet werden kann, um abbaubare Partikel zu bilden. Ein gewöhnlicher Fachmann wird mit dem Wissen dieser Offenbarung erkennen, ob Hitze oder ein geeigneter Katalysator benötigt werden wird, um die Polymerisation zu beeinflussen abhängig von, unter anderem, der Art des verwendeten Monomers(e) und der Art des verwendeten Lösungsmittels. Alle geeigneten Erwärmungsvorrichtungen und/oder Katalysatoren können verwendet werden.
Die abbaubaren Materialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können in jeder Form bereitgestellt werden, die im Stand der Technik für solche Materialien bekannt ist (z. B. pelletisierte abbaubare Materialien). In bestimmten Ausführungsformen können diese abbaubaren Materialien ein oder mehrere abbaubare Polymere umfassen. Die Ausdrücke „Polymer" oder „Polymere", wie hierin verwendet, implizieren keinen bestimmten Grad der Polymerisation; beispielsweise sind Oligomere innerhalb dieser Definition umfasst. In bestimmten Ausführungsformen können die abbaubaren Materialien abbaubare Polymere umfassen, welche vernetzt oder verzweigt sind. Beispiele von geeigneten abbaubaren Materialien, welche in Verbindung mit den Verfahren dieser Erfindung verwendet werden können, beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, aliphatische Polyester, Poly(lactide), Poly(glycolide), Poly(ε-caprolactone), Poly(hydroxyesterether), Poly(hydroxybutyrate), Poly(anhydride), Polycarbonate, Poly(orthoester), Poly(orthoether), Poly(aminosäuren), Poly(ethylenoxide), Poly(phosphazene), Polyetherester, Polyesteramide, Polyamide und Copolymere, Elends oder Derivate von jedem dieser abbaubaren Materialien. Der Ausdruck „Derivat" ist hierin definiert, jede Verbindung zu beinhalten, die aus einer der aufgeführten Verbindungen hergestellt werden kann, beispielsweise durch Ersetzen eines Atoms in der aufgeführten Verbindung mit einem anderen Atom oder Gruppe von Atomen, durch Umarrangieren von zweien oder mehreren Atomen in der aufgeführten Verbindung, durch Ionisieren einer der aufgelisteten Verbindungen oder durch das Schaffen eines Salzes von einer der aufgelisteten Verbindungen. Der Ausdruck „Copolymer", wie hierin verwendet, ist nicht auf die Kombination von zwei Polymeren beschränkt, sondern beinhaltet jede Kombination von Polymeren, z. B. Terpolymere und ähnliches. Weitere abbaubare Materialien, welche einem hydrolytischem Abbau unterworfen sind, können ebenfalls geeignet sein. Die Auswahl an abbaubaren Materialen kann abhängig sein von der bestimmten unterirdischen Anwendung und den darin involvierten Bedingungen. Weitere zu berücksichtigende Richtlinien beinhalten die Abbauprodukte, die resultieren können, die Zeit, die benötigt wird für den anvisierten Grad des Abbaus, und das gewünschte Ergebnis des Abbaus (z. B. Leerräume). Weitere geeignete abbaubare Materialien beinhalten diejenigen abbaubaren Materialien, welche nützliche oder wünschenswerte Abbauprodukte freisetzen, z. B. eine Säure. Derartige Abbauprodukte können in einer Anwendung unter Tage (Downhole Application) nützlich sein, z. B. um ein Behandlungsfluid mit erhöhter Viskosität zu brechen oder eine darin vorhandene Komponente, die säurelöslich ist (wie in einem Filterkuchen).
In bestimmten Ausführungsformen kann das abbaubare Material aliphatische Polyester umfassen, die die allgemeine Formel von Wiederholungseinheiten aufweisen, die unten gezeigt wird:
Formel I worin n eine ganze Zahl zwischen 75 und 10.000 ist und R ein Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkyl-aryl, Acetyl, Heteratome oder Mischungen daraus ist. Ein Beispiel eines solchen aliphatischen Polyesters ist Poly(lactid). Poly(lactid) wird entweder aus Milchsäure durch eine Kondensationsreaktion synthetisiert oder, verbreiteter, durch eine Ringöffnungspolymerisa tion von cyclischem Lactidmonomeren. Da sowohl Milchsäure als auch Lactid dieselben Wiederholungseinheiten erbringen, bezieht sich der allgemeine Begriff Poly(Milchsäure), wie hierin verwendet, auf die Formel I ohne irgendeine Einschränkung in Bezug darauf wie das Polymer gemacht wurde, wie beispielsweise aus Lactiden, Milchsäure oder Oligomeren, und ohne Bezug auf den Grad der Polymerisation oder den Level der Plastizierung. Lactidmonomer existiert im allgemeinen in verschiedenen Formen: Zwei Stereoisomere L- und D-Lactid und razemisches D,L-Lactid (meso-Lactid). Die Oligomere der Milchsäure und Oligomrere der Lactide sind durch die Formel der definiert:
Formel II worin m eine ganze Zahl von 2 < m < 75 ist. In bestimmten Ausführungsformen ist m eine ganze Zahl und 2 < m < 10. Diese Grenzen korrespondieren mit den zahlenmittleren Molekulargewichten unter ungefähr 5.400 und unter ungefähr 720. Die Chiralität der Lactideinheiten stellt ein Mittel zur Verfügung, unter anderem, die Abbauraten sowie physikalische mechanische Eigenschaften einzustellen. Poly(L-Lactid) beispielsweise ist ein semikristallines Polymer mit einer relativen langsamen Hydrolyserate. Dies kann in Anwendungen der vorliegenden Erfindung wünschenswert sein, wo eine langsamerer Abbau der abbaubaren Partikel gewünscht ist. Poly(D,L-Lactid) kann ein mehr amorphes Polymer sein mit einer daraus resultierenden schnelleren Hydrolyserate. Dies kann geeignet sein für andere Anwendungen, wo ein schnellerer Abbau geeignet sein kann. Die Stereoisomere der Milchsäure können individuell verwendet werden oder vereinigt werden, um in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden. Zusätzlich können sie copolymerisiert werden mit beispielsweise Glycoliden oder anderen Monomeren wie ε-Caprolacton, 1,5-Dioxepan-2-on, Trimethylencarbonat oder weiteren geeigneten Monomeren, um Polymere mit verschiedenen Eigenschaften oder Abbauzeiten zu erhalten. Zusätzlich können die Milchsäurestereomere modifiziert werden, um in der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden durch, unter anderem, Blenden, Copolymerisieren oder auf andere Weise mischen von Poly(lactiden) mit hohem und niedrigem Molekulargewicht oder durch Blenden, Copolymerisieren oder auf andere Weise mischen eines Poly(lactid)s mit einem anderen Polyester oder Polyestern.
Optional können die abbaubaren Materialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ein oder mehrere vernetzte abbaubare Polymere umfassen. In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, ein vernetztes abbaubares Polymer einzubeziehen, unter anderem, um die Schlagzähigkeit, Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Hochtemperatur-dimensionale Stabilität, Kriechwiederstand und das Modul des abbaubaren Materials zu erhöhen.
Vernetzte abbaubare Polymere, die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können jedes vernetzte Polymer umfassen, das im Stand der Technik bekannt ist und das in der Lage ist unter Tage einen irreversiblen Abbau zu vollziehen. Als Beispiel und nicht als limitierend können bestimmte vernetzte abbaubare Polymere mittels einem Zwei-Schrittverfahren hergestellt werden, welches beinhaltet (1) Polymerisieren und/oder Funktionalisieren eines abbaubaren Polymers, um ein funktionalisiertes abbaubares Polymer zu bilden und (2) Vernetzen der Moleküle des funktionalisierten abbaubaren Polymers. Beispiele der Verfahren, die verwendet werden können, um vernetzte abbaubare Polymere herzustellen, die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind in einem Artikel mit der Überschrift „Structure Modification and Crosslinking of Methacrylated Polylactide Oligomers" von Antti O. Helminen et al. in The Journal of Applied Polymer Science, Band 86, Seiten 3616–3624 (2002) beschrieben und in der WIPO Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer WO 2006/053936 durch Jukka Seppälä beschrieben, die relevanten Offenbarungen daraus sind hier durch Verweis mit umschlossen.
Beispielsweise kann ein abbaubares Polymer (z. B. ein Polyester oder Poly(lactid)) polymerisiert werden um verschiedene Anzahlen von hydroxylfunktionellen Gruppen zu beinhalten, oder ein bereits existierendes abbaubares Polymer kann mit verschiedenen Anzahlen von hydroxylfunktionellen Gruppen funktionalisiert werden, um ein funktionalisiertes abbaubares Polymer mit einer oder mehreren Kohlenstoff-Kohlenstoffdoppelbindungen zu bilden. Diese funktionellen Gruppen können mittels einer Reaktion des abbaubaren Polymers mit einem funktionalisierenden Mittel bereitgestellt werden, wobei das Mittel ein oder mehrere Diole, polyfunktionelle Alkohole, Dicarboxylsäuren, polyfunktionelle Carboxylsäuren, Anhydride und Derivate davon umfassen kann. Die Auswahl eines bestimmten zu verwendenden funktionalisierenden Mittels kann von verschiedenen Faktoren abhän gen, welche von einem gewöhnlichem Fachmann mit Wissen dieser Offenbarung erkannt werden kann, beinhaltend, aber nicht darauf beschränkt, die Molekularstruktur und/oder Größe des gewünschten funktionalisierten abbaubaren Polymers. Nachdem wenigstens ein funktionalisiertes abbaubares Polymer erzeugt worden ist, kann ein Vernetzungsinitiator und/oder Energiequelle verwendet werden, um ein Radikal an der Doppelbindungsstelle zu bilden und diese Radikale, die an verschiedenen Molekülen des funktionalisierten abbaubaren Polymers gebildet worden sind, können miteinander interagieren, um ein oder mehrere Vernetzungen zwischen ihnen zu bilden. Der Vernetzungsinitiator kann jede Substanz umfassen, die in der Lage ist, ein Radikal auf dem funktionalisierten abbaubaren Polymer zu bilden. Beispiele von geeigneten Vernetzungsinitiatoren können organische Peroxyverbindungen (z. B. Diazylperoxide, Peroxyester, Peroxydicarbonate, Monoperoxycarbonate, Diperoxyketale, Dialkylperoxide, Sulfonylperoxide, Ketonperoxyde und Peroxylcarboxylsäuren) beinhalten, anorganische Peroxide (z. B. Wasserstoffperoxid, Sauerstoff, Ozon und Azoverbindungen), Redoxinitiatoren und Derivate daraus. Geeignete Energiequellen können eine Hitzequelle, eine Lichtquelle oder einen Strahlenquelle umfassen. Die Energiequellen, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können aufgrund zahlreicher verschiedener Eigenschaften und Einstellungen variieren, beinhaltend, aber nicht darauf beschränkt die Wellenlänge des erzeugten Lichtes, die Intensität des erzeugten Lichtes, die Menge der erzeugten Wärme und ähnliches. In bestimmten Ausführungsformen kann die Lichtquelle ein Instrument umfassen, welches in der Lage ist blaues Licht zu emittieren (z. B. Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 400 nm bis ungefähr 500 nm).
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, worin ein Verfahren zum Herstellen eines vernetzten abbaubaren Polymers verwendet wird, kann der Vernetzungsinitiator so formuliert werden, dass er inaktiv bleibt so lange bis er „aktiviert wird" durch, unter anderem, bestimmten Bedingungen im Fluid (z. B. pH, Temperatur, usw.) und/oder Kontakt mit einigen anderen Substanzen. In einigen Ausführungsformen kann der Vernetzungsinitiator verzögert werden durch Einkapseln mit einer Beschichtung, welche seine Freisetzung verzögert bis zur gewünschten Zeit oder Stelle. Die Wahl eines bestimmten Vernetzungsinitiators und/oder Energiequelle wird durch verschiedene Überlegungen geleitet, welche vom Fachmann erkannt werden, beinhaltend, aber nicht darauf beschränkt, die folgenden: die Art des eingebauten funktionalisierten abbaubaren Polymers, das Molekulargewicht des funktionalisierten abbaubaren Polymers, der pH des Behand lungsfluids, Temperatur, und/oder die gewünschte Zeit, zu welcher das abbaubare Polymer vernetzt wird. Die exakte Art und Menge des Vernetzungsinitiators und/oder der bestimmte Parameter der Energiequelle, die verwendet wird, hängen von dem spezifischen abbaubaren Polymer ab, das vernetzt werden soll, der Bildungstemperaturbedingungen und weiteren Faktoren, die von denjenigen, die in diesem Gebiet Fachwissen haben mit dem Wissen dieser Offenbarung erkannt werden.
Optional kann ein Vernetzungsbeschleuniger verwendet werden, unter anderem um die Rate zu erhöhen, mit welcher die funktionalisierten abbaubaren Polymeren Vernetzungen bilden. Beispiele von geeigneten Vernetzungsbeschleunigern, die verwendet werden können, beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Metallverbindungen (z. B. Kobaltverbindungen), organische Amine und ähnliches. Die Wahl, ob ein Vernetzungsbeschleuniger verwendet werden soll und, wenn ja, die exakte Art und Menge des Vernetzungsbeschleunigers ist innerhalb der Fähigkeit eines Fachmanns mit dem Wissen dieser Offenbarung.
Weichmacher können optional in die abbaubaren Materialien der vorliegenden Erfindung eingebaut werden. Die Weichmacher können in einer Menge vorhanden sein, die ausreichend ist, um die gewünschten Charakteristiken bereitzustellen, beispielsweise eine gewünschte Klebrigkeit für die erzeugten abbaubaren Partikel. Zusätzlich zu den oben genannten Qualitäten können die Weichmacher die Abbaurate des abbaubaren Materials erhöhen. Die Weichmacher, falls verwendet, können wenigstens innig innerhalb der abbaubaren Materialien eingebaut werden. Ein Beispiel eines geeigneten Weichmachers für Poly(lactid) würde oligomere Milchsäure beinhalten. Beispiele von Weichmachern, die für diese Erfindung geeignet sind, beinhaltend, sind aber nicht darauf beschränkt, Polyethylenglycol, Polyethylenoxid, oligomere Milchsäure, Citratester (wie Tributylcitratoligomere, Triethylcitrat, Acetyltributylcitrat und Acetyitriethylcitrat), Glucosemonoester, teilweise gesättigte Fettsäureester, PEG-Monolaurat, Triacetin, Poly(ε-caprolacton), Poly(hydroxybutyrat), Glycerin-1-benzoat-2,3-dilaurat, Glycerin-2-benzoat-1,3-dilaurat, Bis(butyldiethylenglycol)adipat, Ethylphthalylethylglycolat, Glycerindiacetatmonocaprylat, Diacetylmonoacylglycerol, Polypropylenglycol (und Epoxyderivate davon), Poly(propylenglycol)dibenzoat, Dipropylenglycoldibenzoat, Glycerol, Ethylphthalylethylglycolat, Poly(ethyladipat)distearat, Di-iso-butyladipat und Derivate davon. Die Wahl eines geeigneten Weichmachers kann unter anderem von dem bestimmten verwendeten abbaubaren Poly mer abhängen. Es sollte beachtet werden, dass in einigen Ausführungsformen das abbaubare Partikel in gewisser Weise nachgiebig sein kann, wenn es anfänglich geformt wird. Wenn im wesentlichen alles organische Lösungsmittel entfernt worden ist, kann das Partikel härten. Die Zugabe oder Gegenwart eines Weichmachers kann den relativen Grad der Geschmeidigkeit, nachdem im wesentlichen alles organische Lösungsmittel entfernt worden ist, beeinflussen. Auch kann der relative Grad der Kristallinität und Amorphizität des abbaubaren Materials die relative Härte der abbaubaren Partikel beeinflussen.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten abbaubaren Materialien können in jeder Menge in die abbaubare Materialmischung beinhaltet werden die ausreichend ist, um die gewünschte Verfügbarkeit der abbaubaren Partikel und/oder die gewünschte mittlere Größe der abbaubaren Partikel zur Verfügung zu stellen. In bestimmten Ausführungsformen können die abbaubaren Materialien in der abbaubaren Materialmischung in der maximalen Menge vorhanden sein, welche dennoch ein praktikables Mischen erlaubt. In bestimmten Ausführungsformen kann das abbaubare Material in der Mischung in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,1% bis ungefähr 25 Gew.-% der Mischung vorhanden sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das abbaubare Material in der Mischung in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% der Mischung vorhanden sein.
Das erste Lösungsmittel, das in der abbaubaren Materialmischung in den Verfahren dieser Erfindung verwendet wird, kann jedes im Stand der Technik bekannte Lösungsmittel umfassen, welches in dem zweiten Lösungsmittel unmischbar ist, das in dem Schritt des Vereinigens der abbaubaren Materialmischung und einem Fluid mit ausreichender Scherung, um eine Emulsion zu bilden, verwendet wird. Das bestimmte Lösungsmittel, das in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, hängt unter anderem von seiner Interaktion mit dem zweiten Lösungsmittel und/oder Komponenten daraus ab. Beispielsweise kann in bestimmten Ausführungsformen das erste Lösungsmittel ein oder mehrere organische Lösungsmittel umfassen, während das zweite Lösungsmittel ein wässriges Lösungsmittel umfasst. Das bestimmte erste Lösungsmittel, das in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, kann auch, unter anderem, von dem gewählten abbaubaren Material abhängen, dem verwendeten oberflächenaktiven Mittel, der Konzentration des abbaubaren Materials in der abbaubaren Materialmischung sowie weiteren Faktoren. Andere Überlegungen, die berücksichtigt werden müssen, wenn ein erstes Lösungsmittel gewählt wird, beinhalten Sicherheit und industrielle Hygiene, jegliche möglichen Um weltaspekte, mögliche Sicherheitsaspekte in Bezug auf den Zündpunkt und mögliche Aussetzung und die relativen Kosten. Beispiele von organischen Lösungsmittel, welche geeignet für die Verwendung als erstes Lösungsmittel in der vorliegenden Erfindung sein können, beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Aceton, Chloroform, Methylenchlorid, Dichlormethan, 1,2-Dichlorbenzol, Tetrathydrofuran, Benzol, Acetonitril, Dioxan, Dimethylformamid, Toluol, Ethylacetat, N-Methylpyrrolidon, Xylol, Ether, Diphenylether, Ethylbenzol, Naphthalen, Propylencarbonat, Di(propylenglycol)methylether, Di(propylenglycol)propylether, Di(propylenglycol)butylether, Di(propylenglycol)methyletheracetat und jegliche Derivate davon.
Das erste Lösungsmittel sollte in einer Menge eingebaut werden, welche ausreichend ist, dass die abbaubare Polymerlösungsmischung eine Viskosität aufweist, welche niedrig genug ist, dass wenn sie dem Fluid mit Scherung zugefügt wird, die abbaubare Materialmischung eine diskontinuierliche Phase in dem Fluid bildet. Diese Menge wird basierend auf verschiedenen Charakteristiken variieren, beinhaltend das bestimmte abbaubare Material, das verwendet wird, das Molekulargewicht des abbaubaren Materials, die Konzentration des abbaubaren Materials in der abbaubaren Materialmischung und ähnliches. Ein gewöhnlicher Fachmann mit Wissen dieser Offenbarung wird in der Lage sein, die geeignete Menge, welche eingesetzt werden soll, zu erkennen. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Minimalmenge des ersten Lösungsmittels verwendet werden, um, unter anderem, die nachfolgende Entfernung des ersten Lösungsmittels zu erleichtern, um abbaubare Partikel zu bilden. In bestimmten Ausführungsformen wird das erste Lösungsmittel im wesentlichen aus der diskontinuierlichen Phase der Emulsion entfernt, um es den abbaubaren Partikel zu ermöglichen, sich in einer effizienteren Weise zu bilden. In einem Beispiel einer Ausführungsform, worin Poly(Milchsäure) verwendet wird, kann Dichlormethan als das erste Lösungsmittel in einer Menge von 50 bis Gew.-% der Poly(Milchsäure) verwendet werden.
Falls gewünscht könnten optional Zusätze wie Oxidierungsmittel, Salze oder weitere Zusätze in die abbaubare Materialmischung eingeführt werden, so dass in einigen Fallen, wenn sich die abbaubaren Partikel bilden, die Zusätze innerhalb der Partikel eingebaut werden. Jeglicher Zusatz kann verwendet werden, so lange dieser Zusatz die anderen Komponenten oder Teile der abbaubaren Partikel und/oder Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig beeinflusst. Das Zufügen eines optionalen Zusatzes kann wün schenswert sein, beispielsweise, wenn es vorteilhaft ist, die Additive in die unterirdische Formation an oder während dem Abbau der abbaubaren Partikel einzubringen. Diese optionalen Zusätze können eine spezifische wünschenswerte Funktionalität aufweisen. Beispielsweise können einige Zusätze die Rate der Hydrolyse der abbaubaren Partikel modulieren in Abhängigkeit von den Bedingungen, welche in der bestimmten Anwendung angetroffen werden. Beispiele von geeigneten Zusätzen, die in die abbaubare Materialmischung eingebaut werden können, beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Füllmaterialien (z. B. Kalziumcarbonat), Brechmittel, Katalysatoren, Salze, Cosurfactants, Säuren, Wasserretentionszusätze, Gas, Stickstoff, Kohlendioxid, oberflächenmodifizierende Mittel, klebrigmachende Mittel, Korrosionsinhibitoren, Zunderverhüter, Tonkontrollmittel, Biozide, Friktionsverringerer, Antischaummittel (z. B. Silikon), Brückenbildner, dispergierende Mittel, Ausflockungsmittel, H₂S-Fänger, CO₂-Fänger, Sauerstofffänger, Schmiermittel, Viskositätsmittel, gelierende Mittel, Beschwerungsmittel, relative Permeabilitätmodifizierer, Harze, partikuläre Materialien (z. B. Stützmittel), Benetzungsmittel, Beschichtungsverstärkungsmittel und ähnliches. In einer Ausführungsform kann ein säurelösliches festes Material zu der abbaubaren Materialmischung zugefügt werden, so dass das säurelösliche Material in die resultierende abbaubaren Partikel eingebaut wird. Beispiele von geeigneten säurelöslichen festen Materialien beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Kalziumcarbonat und Magnesiumoxid. Dies kann unter anderem wünschenswert sein, um eine Säure die während des Abbaus der abbaubaren Partikel erzeugt worden ist zu neutralisieren, um die Hydrolyse der abbaubaren Partikel zu modulieren und/oder Stossfestigkeit den abbaubaren Partikel zuzufügen.
Die in den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten Fluide können im allgemeinen ein zweites Lösungsmittel umfassen, welches jedes im Stand der Technik bekannte Lösungsmittel umfasst, welches mit dem ersten Lösungsmittel nicht mischbar ist, das in dem Schritt des Vereinigens des Fluids mit einer abbaubaren Materialmischung mit ausreichend Scherung, um eine Emulsion zu bilden, verwendet wird. In bestimmten Ausführungsformen kann das zweite Lösungsmittel Wasser umfassen, um ein wässriges Fluid zu bilden, welches anschließend mit der abbaubaren Materialmischung vereinigt wird. In diesen Ausführungsformen, wo das zweite Lösungsmittel Wasser umfasst, kann das Wasser aus jeder Wasserquelle stammen, welche keine Komponenten enthält, die das abbaubare Material und/oder andere Teile der Verfahren der vorliegenden Erfindung negativ beeinflussen. Geeignete Wasserquellen können frisches Wasser, Salzwasser (z. B. Wasser enthaltend ein oder mehrere Salze darin gelöst), Lauge und/oder Seewasser umfassen. Im allgemeinen kann das Wasser aus jeder Quelle stammen, vorausgesetzt, dass es keine weiteren Komponenten beinhaltet, welche die Stabilität und/oder Performance der abbaubaren Partikel oder erfindungsgemäßen Verfahren negativ beeinflussen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Fluid ein wässriges Behandlungsfluid umfassen, welches in die unterirdische Formation eingeführt werden wird (z. B. ein Frakturfluid, ein Gravel-Pack-Fluid, ein Bohrfluid, usw.). Daher können in solchen Ausführungsformen die abbaubaren Partikel in die unterirdische Formation zusammen mit dem Fluid eingeführt werden, welches zumindest teilweise das Behandlungsfluid bilden würde, welches in einer bestimmten unterirdischen Behandlung verwendet wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Dichte und/oder pH des Fluids eingestellt werden, unter anderem, um zusätzlichen Teilchentransport und Suspension in dem Fluid der vorliegenden Erfindung zur Verfügung zu stellen. In diesen Ausführungsformen kann der pH auf einen spezifischen Level eingestellt werden, welcher unter anderem von weiteren Faktoren, der Art(en) des oberflächenaktiven Mittels, abbaubare Materialien, Lösungen und zu verwendeten Zusätzen abhängt. Ein gewöhnlicher Fachmann wird mit Wissen der Offenbarung erkennen, wann solche Dichten und/oder pH-Einstellungen geeignet sind.
Die oberflächenaktiven Mittel, welche in den Fluiden der Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet sein können, können jedes im Stand der Technik bekannte oberflächenaktive Mittel umfassen. In bestimmten Ausführungsformen kann das oberflächenaktive Mittel ein emulgierendes oberflächenaktives Mittel umfassen, welches in der Lage zur Bildung und/oder Stabilisierung einer Emulsion aus abbaubaren Materialmischungen und dem Fluid ist. In bestimmten Ausführungsformen kann das oberflächenaktive Mittel teilweise für seine Tendenz ausgewählt werden, keine große Mengen von Schaum im Verfahren der Herstellung der Emulsion zu bilden. Ein derartiges oberflächenaktives Mittel wird hierin als ein „schwachschäumendes oberflächenaktives Mittel" bezeichnet. Beispiele von oberflächenaktiven Mitteln, welche zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sein können, beinhalten jedes kationische, anionische oder nicht-ionische oberflächenaktive Mittel, welches in der Lage ist, eine Emulsion wie hierin beschrieben zu bilden und/oder stabilisieren. Spezifische Beispiele beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Natriumdodecylsulfat, Poly(phenylalkohol), Natriumdodecylbenzolsulfonsäure, Cetyltrimethylammoniumbromid, Cetylpyridiniumbromid, Hexadecylmaltosid, acrylisches oberflächenaktives Mittel und Derivate davon. Beispiele von kommerziell erhältlichen oberflächenaktiven Mit teln, welche für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sein können, beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, diejenigen oberflächenaktiven Mittel, welche unter den folgenden Handelsnamen erhältlich sind: ATLOX^® polymerische oberflächenaktive Mittel (erhältlich von Uniquema in New Castle, Delaware); TRITON^TM X-100 (erhältlich von DOW Chemical Co. in Midland, Michigan); TWEEN^TM 20 (erhältlich von Uniquema in New Castle, Delaware); und TERGITOL^TM NP-40 (erhältlich von Dow Chemical Co. in Midland, Michigan). Weitere oberflächenaktive Mittel beinhalten freie Fettsäuren, Ester von Fettsäuren mit Polyoxyalkylenverbindungen (wie Polyoxyethylenglycol, Fettsäureester mit Sorbitan, Seifen usw.). Die Wahl, welches bestimmte oberflächenaktive Mittel zu verwenden ist, hängt, unter anderen Faktoren, von dem(n) bestimmten abbaubaren Material(en), Lösungsmitteln) und Fluiden ab, die in jedem der gegebenen Ausführungsformen verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das bestimmte oberflächenaktive Mittel ausgewählt werden für seine Fähigkeit, das Schäumen in der Emulsion zu verhindern und/oder die Größe des erzeugten abbaubaren Partikels zu kontrollieren. In bestimmten Ausführungsformen soll das oberflächenaktive Mittel in einer Menge eingebaut werden, die ausreichend ist, die Emulsion zu stabilisieren und/oder die Menge an erzeugtem Schaum zu kontrollieren. In einigen Ausführungsformen kann dies von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5 Gew.-% der kontinuierlichen Phase sein. Die Menge des zu einzubringenden oberflächenaktiven Mittels kann unter anderen von der Art des verwendeten abbaubaren Materials abhängig sein und/oder der Art des ersten und zweiten verwendeten Lösungsmittels, des bestimmten verwendeten oberflächenaktiven Mittels und wie gut das oberflächenaktive Mittel die Emulsion stabilisiert und der Fähigkeit des bestimmten ausgewählten oberflächenaktiven Mittels als mögliche Hilfe dazu beizutragen, die Agglomeration des abbaubaren Partikels zu verhindern sobald es geformt wurde.
Die in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Fluide können optional jede Anzahl von zusätzlichen Zusätzen umfassen, beinhaltend, aber nicht darauf beschränkt, Salze, oberflächenaktive Mittel, Säuren, Zusätze zur Wasserretention, Gas, Stickstoff, Kohlendioxid, oberflächenmodifizierende Mittel, klebrigmachende Mittel, Korrosioninhibitoren, Zunderverhinderungsmittel, Katalysatoren, Tonkontrollmittel, Biozide, Friktionsreduzierer, Antischaummittel (z. B. Silikon), brückenbildende Mittel, suspendierende Mittel, dispergierende Mittel, gelierende Mittel, Flockungsmittel, H₂S-Fänger, CO₂-Fänger, Sauerstofffänger, Schmiermittel, Viskositätsmittel, Brechmittel, Beschwerungsmittel, relative Permeabilitätmodifizierende Mittel, Harze, partikuläre Materialien (z. B. Stützmittell), Benetzungsmittel, Beschichtungsverstärkende Mittel und ähnliches. Ein Fachmann würde mit Wissen dieser Offenbarung die Arten von Additiven erkennen, die in das Fluid in einer bestimmten Anwendung eingebaut werden können. Diese Additive können zum Fluid zu jedem Zeitpunkt vor, während oder nach Herstellung jeglichen Teils eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zugefügt werden. Beispielsweise kann ein Gelierungsmittel (z. B. Xantan) und ein suspendierendes Mittel zugefügt werden nachdem wenigstens ein Teil der abbaubaren Partikel sich gebildet hat, um unter anderem eine Aufschlämmung beizubehalten oder eine Suspension der Partikel in dem Fluid. In diesen Ausführungsformen kann das Gelierungsmittel in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% des zweiten Lösungsmittels zugefügt werden.
Das Fluid sollte in dem Verfahren dieser Erfindung in einer Menge beinhaltet werden, die ausreichend ist um, unter anderem, (1) Hilfe in der Entfernung des ersten Lösungsmittels aus der abbaubaren Materialmischung zu geben, so dass sich abbaubare Partikel bilden und/oder (2) eine adäquate Emulsion zu bilden. Die Menge des zu verwendenden Fluids kann in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren variieren, beispielsweise der gewünschten Charakteristik der resultierenden abbaubaren Partikel, der Konzentration der abbaubaren Materialmischung im Fluid, der Konzentration des abbaubaren Materials in der abbaubaren Materialmischung und der Menge der abbaubaren Partikel, die hergestellt werden soll. In einigen Ausführungsformen kann die Menge des zu beinhaltenden Fluids ungefähr 1% oder weniger relativ zu der Emulsion sein; in anderen Ausführungsformen kann das zu beinhaltende Fluid in einer Menge von ungefähr 95% oder mehr relativ zu der Emulsion sein. Um sicher zu stellen, dass sich die gewünschten abbaubaren Partikel bilden, sollte das abbaubare Material nicht im wesentlichen löslich sein in dem Fluid.
Die abbaubare Materialmischung und das Fluid können mit ausreichender Scherung vereinigt werden, um eine Emulsion zu bilden unter Verwendung jeglicher Vorrichtung, Ausstattung oder Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, um ausreichend Scherung bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann ein Hochscherungsmixer verwendet werden, um ausreichende Scherung zur Bildung der Emulsion bereitzustellen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Hochscherungsmixer so gesetzt werden, dass er mit einer Hochgeschwindigkeit von ungefähr 30 bis ungefähr 90 Fuß pro Sekunde arbeitet. Beispiele weiterer Ausstattung, welche in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet sein kann, beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Hoch geschwindigkeitsdispergierer, Jetnozzels, In-Line-Mischer und ähnliches. Die abbaubare Materialmischung und das Fluid sollten vereinigt und gemischt werden bis sich eine Emulsion bildet, welches durch ein Fachmann aufgrund visueller Inspektion abgesichert werden kann.
Nachdem sich eine Emulsion gebildet hat, kann wenigstens ein Teil des ersten Lösungsmittels aus der diskontinuierlichen Phase der Emulsion durch jede Vorrichtung oder Verfahren, das im Stand der Technik bekannt ist, entfernt werden. Beispiele von geeigneten Verfahren zur Entfernung wenigstens eines Teiles des ersten Lösungsmittels beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Vakuumstripping, Dampfstripping, Evaporation und ähnliches. Das erste Lösungsmittel sollte aus der Emulsion entfernt werden wenigstens bis sich Partikel umfassend das abbaubare Material, bilden. In bestimmten Ausführungsformen kann im wesentlichen das gesamte erste Lösungsmittel in der diskontinuierlichen Phase der Emulsion entfernt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Entfernung des ersten Lösungsmittel eine Aufschlämmung aus abbaubaren Partikel herstellen, die im zweiten Lösungsmittel suspendiert sind.
Die Menge an abbaubaren Partikel, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, kann jede Menge sein, welche praktikabel und/oder für eine bestimmte Anwendung gewünscht ist. Wo die erfindungsgemäßen Verfahren eine Aufschlämmung aus abbaubaren Partikel, suspendiert in Fluid, herstellen, können die abbaubaren Partikel in dieser Aufschlämmung in jeder Menge bis zur maximalen Menge vorhanden sein, welche noch immer zulassen, dass die Aufschlämmung gepumpt wird. In bestimmten Ausführungsformen können die abbaubaren Partikel in einer Aufschlämmung in einer Menge von bis zu 20 Gew.-% des zweiten Lösungsmittels vorhanden sein. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können in jedem Größenverhältnis durchgeführt werden, um die gewünschte Menge an abbaubaren Partikel bereitzustellen. In bestimmten Ausführungsformen können die Verfahren der vorliegenden Erfindung in einem relativ kleinem Größenverhältnis verwendet werden, um ungefähr 100 kg oder weniger der abbaubaren Partikel herzustellen. In anderen Ausführungsformen können die Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um ein größeres Größenverhältnis herzustellen von ungefähr 3.000 kg oder mehr der abbaubaren Partikel.
Die mittlere Teilchengröße der in den Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten abbaubaren Partikel kann jede Größe haben, welche geeignet ist für die beabsich tigte Verwendung dieser Partikel. Die gewünschte mittlere Größe für eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann unter anderem von den gewünschten Grad der Reaktivität des abbaubaren Materials und/oder der beabsichtigten Funktion der abbaubaren Partikel in einer bestimmten Verwendung abhängen. Beispielsweise, wenn beabsichtigt ist, das abbaubare Material als ein brückenbildendes Mittel oder Wasserretentionsmittel in einer unterirdischen Formation zu verwenden, sollten die abbaubaren Partikel relativ klein sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die mittlere Teilchengröße der abbaubaren Partikel ungefähr 1 mm oder weniger im Durchmesser sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die mittlere Teilchengröße der abbaubaren Partikel ungefähr 10 μm oder weniger im Durchmesser sein. In diesen Ausführungsformen kann die mittlere Teilchenverteilung der abbaubaren Partikel in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren variieren. Diese Faktoren beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, die Art des verwendeten oberflächenaktiven Mittels, die Menge des verwendeten oberflächenaktiven Mittels, die Art des verwendeten Lösungsmittels, die chemische Interaktion zwischen dem ersten und zweiten Lösungsmittel, das verwendete bestimmte abbaubare Material, das Molekulargewicht des abbaubaren Materials, die Konzentration des abbaubaren Materials in der abbaubaren Materialmischung, die Menge an angewandter Scherung, die Gegenwart von bestimmten zusätzlichen Additiven, die Temperaturbedingungen und ähnliches. Die gewünschte mittlere Teilchengrößenverteilung kann wie gewünscht modifiziert werden durch Modifizieren von jedem dieser Faktoren. Ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Wissen dieser Offenbarung wird in der Lage sein, die bestimmten Faktoren zur Modifizierung zu identifizieren, um eine gewünschte Teilchengrößenverteilung zu erhalten.
Nachdem sich die abbaubaren Partikel gebildet haben, können die Verfahren der vorliegenden Erfindung optional mehrere zusätzliche Verfahren oder Schritte betreffend diese Partikel umfassen. In bestimmten Ausführungsformen können zusätzliche Fluide (z. B. wässrige, nicht-wässrige, usw.) und/oder Zusätze (z. B. Gelierungsmittel, suspendierende Mittel, Salze und ähnliches) mit den gebildeten abbaubaren Partikel vereinigt werden, um unter anderem ein Behandlungsfluid oder Aufschlämmung zu bilden, welches für einige Zeit gelagert werden kann und/oder in nachfolgenden Arbeitsschritten verwendet werden kann. In bestimmten Ausführungsformen werden die oben diskutierten Verfahren jedoch eine Aufschlämmung produzieren aus den abbaubaren Partikel, welche im zweiten Lösungsmittel suspendiert sind (welches zusätzliche Zusätze umfassen kann) und so kann die Vereinigung mit weiteren Fluiden und/oder Zusätzen nicht notwendig sein, um ein Be handlungsfluid oder eine Aufschlämmung zu bilden, welches für die Verwendung in dem gewünschten Arbeitsvorgang geeignet ist.
In bestimmten Ausführungsformen können die erfindungsgemäßen Verfahren optional das Auftrennen der abbaubaren Partikel, die in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, umfassen, beispielsweise aus dem zweiten Lösungsmittel und/oder weiteren Zusätzen darin. Diese Auftrennung kann durch jegliche Vorrichtung oder Verfahren, dessen Stand der Technik zum Auftrennen von Partikel von Fluiden bekannt ist, erreicht werden. Beispiele von geeigneten Verfahren zum Abtrennen der abbaubaren Partikel beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Filtrieren, Zentrifugieren, Sprühtrocknen und ähnliches.
Die vorliegende Erfindung stellt auch Ausfällungsverfahren bereit, welche verwendet werden können um abbaubare Partikel einer geeigneten oder gewünschten Größe und Form zur Verwendung in unterirdischen Anwendungen herzustellen. Die abbaubaren Partikel können in einer unterirdischen Anwendung mit oder ohne einen Behandlungsfluid verwendet werden, in Abhängigkeit von der Verwendung.
Ein Ausfällungsverfahren zum Bilden abbaubarer Partikel umfasst das Bereitstellen einer abbaubaren Materiallösungsmischung, welches ein abbaubares Material und ein erstes Lösungsmittel umfasst; und Mischen der abbaubaren Materiallösungsmischung in einem zweiten Lösungsmittel mit Scherung, um eine Fest-Flüssig-Dispersion umfassend eine feste Phase und eine flüssige Phase zu bilden, wobei die feste Phase abbaubare Partikel umfasst und die flüssige Phase das erste Lösungsmittel und das zweite Lösungsmittel umfasst. In diesen Ausfällungsverfahren sollten das erste Lösungsmittel und das zweite Lösungsmittel ineinander löslich sein und das verwendete abbaubare Material sollte im zweiten Lösungsmittel nicht löslich sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das erste Lösungsmittel im zweiten Lösungsmittel stärker löslich sein als das abbaubare Material. Als ein Ergebnis, unter anderem dieser Löslichkeit, sollte das erste Lösungsmittel von der abbaubaren Materiallösungsmischung zum zweiten Lösungsmittel ohne einen zusätzlichen Entfernungsschritt übergehen.
Jede geeignete Scherungsvorrichtung kann in diesem Verfahren verwendet werden, beinhaltend, aber nicht darauf beschränkt, Hochgeschwindigkeitsdispergierer, Jet-Nozzles, In-Line-Mixer und ähnliches. Die ausgewählte Schervorrichtung sollte ausreichend Sche rung erzeugen, so dass sich die Festflüssigdispersion bildet. Man sollte bemerken, dass die Teilchengrößenverteilung der resultierenden abbaubaren Partikel eine Funktion dieser Schervorrichtung und der Menge an verwendeter Scherung ist. Beispielsweise mehr und stärkere Scherung kann in kleineren partikulären Teilchen resultieren in Abhängigkeit von dem verwendeten abbaubaren Polymer.
Die resultierenden abbaubaren Partikel können in unterirdischen Anwendungen mit oder ohne einem Behandlungsfluid verwendet werden in Abhängigkeit von der Verwendung. In einigen Ausführungsformen kann das zweite Lösungsmittel das Behandlungsfluid sein. Dies kann von Vorteil sein, wenn eine hohe Konzentration der abbaubaren Partikel in dem Fluid gewünscht ist. In alternativen Ausführungsformen können die abbaubaren Partikel in einem Batch-Verfahren gemacht werden und anschließend zum gewünschten Zeitpunkt können sie einem Verfahrensstrom beigefügt werden, um in einer unterirdischen Formation platziert zu werden. Ein Batch-Verfahren kann nützlich sein, wenn eine niedrigere Konzentration von abbaubaren Partikel für die Anwendung gewünscht ist.
Da die abbaubare Material-Lösungsmittelmischung kann jede geeignete Art von Mischung eines abbaubaren Materials und eines Lösungsmittels sein, beinhaltend, aber nicht beschränkt auf eine Lösung, eine Suspension oder eine Emulsion. In einer Ausführungsform kann die abbaubare Material-Lüsungmittelmischung gebildet werden durch Bilden einer abbaubaren Monomerlösungsmittelmischung (welche eine Emulsion, eine Lösung oder eine Suspension sein kann) und anschließendem Reagieren der abbaubaren Monomer-Lösungsmittelmischung, um das Monomer zu polymerisieren, um eine abbaubare Polymer-Lösungsmittelmischung zu bilden, welche verwendet werden kann, um abbaubare Partikel zu formen. Ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Wissen dieser Offenbarung wird die Menge an Wärme, Katalysator oder Zeit, welche benötigt wird, um die Polymerisation zu beeinflussen, erkennen. Eine Überlegung wird die Art des Monomers und des verwendeten Lösungsmittels betreffen. Jede geeignete Wärmevorrichtung kann verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, ein oberflächenaktives Mittel an einem Punkt im Fällungsverfahren, z. B. in der Fest-Flüssig-Dispersion zuzufügen. Die Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels kann helfen, die Agglomeration der resultierenden abbaubaren Partikel zu verhindern. In einigen Ausführungsformen können die Ausfällungsverfahren relativ langsamer als die Emulsionsverfahren sein, was darin resultieren kann, dass die abbaubaren Partikel klebriger sind und eher geneigt sind zu agglomerieren. Wenn mehr geschmeidige oder klebrige Partikel für eine gegebene Anwendung gewünscht sind, dann ist ein Ausfällungsverfahren dieser Erfindung am meisten geeignet. Beispiele von geeigneten emulgierenden oberflächenaktiven Mitteln beinhalten jegliche kationische, anionische oder nicht-ionische oberflächenaktiven Mittel, die in der Lage sind, die Agglomeration von den Partikeln zu verhindern. Spezifische Beispiele beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Natriumdodecylsulfat, Poly(vinylalkohol), Natriumdodecylbenzolsulfonsäure, Cetyltrimethylammoniumbromid, Cetylpyridiniumbromid, Hexadecylmaltosid, TRITON^TM X-100, TWEEN^TM 20, BRIJ W1 und TERGITOL^TM NP-40. Die Wahl, welches bestimmte oberflächenaktive Mittel zu verwenden sei, kann durch das bestimmte abbaubare Polymer, das erste Lösungsmittel und zweite Lösungsmittel, die in jedem der gegebenen Ausführungsform verwendet werden, bestimmt werden. In bestimmten Ausführungsformen sollte das oberflächenaktive Mittel in einer Menge eingebracht werden, die ausreichend ist, um die Agglomeration der abbaubaren Partikel zu verhindern. In einigen Ausführungsformen kann dies von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5% basierend auf der Menge des zweiten Lösungsmittels sein.
Die selben abbaubaren Materialien sind für die Verfahren geeignet wie diejenigen, die aufgelistet und oben diskutiert worden sind mit Bezug auf die Emulsionsverfahren der vorliegenden Erfindung. Beispiele von geeigneten abbaubaren Materialien, welche in Verbindung mit diesen Verfahren verwendet werden können beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, aliphatische Polyester; Poly(lactide); Poly(hydroxyesterether), Poly(glycolide); Poly(ε-caprolactone); Poly(hydroxybutyrate); Poly(anhydride); Polycarbonate; Poly(orthoester); Poly(aminosäuren); Poly(ethylenoxide); Poly(phosphazene); Polyetherester, Polyesteramide, Polyamide; und Copolymere oder Elends von jedem dieser abbaubaren Materialien. Weitere abbaubare Materialien, welche einen hydrolytischen Abbau untergehen, sind ebenso geeignet.
Weichmachen wie oben diskutiert in Bezug auf die Emulsionsverfahren der vorliegenden Erfindung können in die abbaubaren Materialien eingefügt werden, falls gewünscht. Man sollte feststellen, dass um die vorteilhafteste Wirkungen diese Erfindung zu erreichen, es bevorzugt ist, dass die Weichmacher nicht in den zweiten Lösungsmitteln löslich sein sollten.
Zusätzlich sind dieselben geeigneten ersten Lösungsmittel wie oben beschrieben mit Bezug auf die Emulsionsverfahren der vorliegenden Erfindung geeignet für die Verwendung in den Ausfällungsverfahren dieser Erfindung. In diesen Ausfällungsverfahren sollte das erste Lösungsmittel. gewählt werden relativ zum zweiten Lösungsmittel, so dass das erste Lösungsmittel löslich ist in dem zweiten Lösungsmittel. In bestimmten Ausführungsformen kann das erste Lösungsmittel in der Lage sein wenigstens teilweise das gewählte abbaubare Material aufzulösen. Die Auswahl des ersten Lösungsmittels kann auf dem abbaubaren Material, das in einer bestimmten Ausführungsform gewählt wurde, und dem zweiten gewählten Lösungsmittel abhängen. Das erste Lösungsmittel sollte in einer Menge eingefügt werden, die ausreichend ist, um eine abbaubare Material-Lösungsmittelmischung zu bilden, welche mit einem zweiten Lösungsmittel gemischt werden kann, um eine Fest-Flüssig-Dispersion zu bilden. In bestimmten Ausführungsformen wird die Menge des ersten Lösungsmittels, das eingebaut wird, im Bereich von ungefähr 5% bis ungefähr 80% basierend auf der Menge an abbaubarem Material, welches in der abbaubaren Material-Lösungsmittelmischung beinhaltet ist, rangieren. In einem Beispiel einer Ausführungsform, worin Polymilchsäure) verwendet wird, kann ein Propylencarbonat als erstes Lösungsmittel in einer Menge von 50 bis 80% basierend auf dem Gewicht der verwendeten Poly(milchsäure) verwendet werden.
Das zweite Lösungsmittel sollte in den Ausfällungsverfahren gewählt werden relativ zum ersten Lösungsmittel, so dass das erste Lösungsmittel im zweiten Lösungsmittel löslich ist. Geeignete wasserbasierende zweite Lösungsmittel können eine Wasserquelle wie Frischwasser, Salzwasser (z. B. Wasser enthaltend ein oder mehrere Salze darin gelöst); Lauge (z. B. gesättigtes Salzwasser) oder Seewasser umfassen. Im allgemeinen kann die Wasserquelle jede Quelle sein, vorausgesetzt dass sie nicht einen Überschuss an Verbindungen enthält, welche das Verfahren oder die Bildung der abbaubaren Partikel negativ beeinflusst. Potentielle problematische Verbindungen, deren man sich bewusst sein sollte, werden dem Fachmann mit Wissen dieser Offenbarung klar werden. Beispiele von nicht-wässrigen sekundären Lösungsmitteln, welche verwendet werden können, beinhalten Ethanol, Isopropanol oder einen mehrwertigen Alkohol (wie Glycerol oder wasserlösliche Lösungsmittel). Wie oben gesagt, kann das zweite Lösungsmittel ein Behandlungsfluid sein, welches in die unterirdische Formation eingeführt werden wird (z. B. ein Frakturfluid, ein Gravel-Packfluid, ein Bohrfluid, usw.). Daher können in solchen Ausführungsformen die resultierenden abbaubaren Partikel in die unterirdische Formation mit dem zweiten Lö sungsmittel eingeführt werden, welches das Behandlungsfluid sein würde, welches in dieser bestimmten unterirdischen Anwendung verwendet wird. Das zweite Lösungsmittel sollte in einer Ausführungsform der Ausfällungsverfahren dieser Erfindung in einer Menge beinhalten sein, die ausreichend ist um die flüssige Dispersion zu bilden und es erlaubt, dass sich die abbaubaren Partikel formen. Die Menge, die an zweiten Lösungsmittel verwendet wird, kann variieren in Abhängigkeit von bestimmten Faktoren, beispielsweise der Identität des ersten Lösungsmittels; der Menge an abbaubaren Material-Lösungsmischung; der gewünschten Charakteristiken der resultierenden abbaubaren Partikel; der Konzentration der abbaubaren Material-Lösungsmittelmischung im zweiten Lösungsmittel; der Konzentration des abbaubaren Materials, in der abbaubaren Material-Lösungsmittelmischung und die Menge an abbaubaren Partikel, die hergestellt werden soll. In einigen Ausführungsformen kann die Menge an zweitem Lösungsmittel, die eingebaut werden soll, ungefähr 1% oder weniger relativ zu der Mischung betragen; in anderen Ausführungsformen kann das zweite Lösungsmittel in einer Menge von ungefähr 95% oder mehr, relativ zu der Mischung beinhaltet sein. Um sicher zu stellen, dass sich die gewünschten abbaubaren Partikel bilden, sollte das abbaubare Material im wesentlichen nicht löslich im zweiten Lösungsmittel sein.
Falls gewünscht können optional Zusätze wie Oxidierungsmittel, Salze oder weitere chemische Mittel in die abbaubare Material-Lösungsmittelmischung aufgenommen werden, so dass wenn sich die abbaubaren Partikel bilden, die Zusätze innerhalb der Partikel eingebaut werden. Jeder Zusatz, der in der Lage ist, in die abbaubaren Partikel während des Ausfällungsverfahrens eingebaut zu werden, kann verwendet werden. Bevorzugt sollte der Zusatz im ersten Lösungsmittel nicht löslich sein, sowie im zweiten Lösungsmittel oder der flüssigen Phase der Fest-Flüssigdispersion. Jeder solcher Zusätze kann eine spezifische gewünschte Funktionalität aufweisen. Beispielsweise können einige Zusätze die Rate der Hydrolyse der abbaubaren Partikel in Abhängigkeit von den Bedingungen, die in der bestimmten Anwendung vorgefunden werden, modulieren. Die Aufnahme eines Additivs kann wünschenswert sein, wenn es vorteilhaft sein würde, den Zusatz in die unterirdische Formation vor oder während des Abbaus der abbaubaren Partikel einzubringen. Wenn über den Zusatz eines Additivs nachgedacht wird, sollte man im Hinterkopf haben, dass der Zusatz weitere Arbeitsschritte oder Komponenten nicht negativ beeinflusst. In einem Beispiel einer alternativen Ausführungsform kann ein säurelösliches festes Material zu der abbaubaren Material-Lösungsmittelmischung zugefügt werden, so dass das säurelösliche Mate rial in die resultierenden abbaubaren Partikel eingebaut wird. Beispiele von geeigneten säurelöslichen festen Materialien beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Kalziumcarbonat und Magnesiumoxid. Dies kann beispielsweise wünschenswert sein, um die Säure zu neutralisieren, die während dem Abbau der abbaubaren Partikel entsteht, um die Hydrolyse der abbaubaren Partikel zu modulieren oder um den abbaubaren Partikel Stoßfestigkeit mitzugeben.
In diesen Ausführungsformen kann die mittlere Teilchenverteilung der resultierenden abbaubaren Partikel in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren variieren. Diese Faktoren können beinhaltend die Art des ersten verwendeten Lösungsmittels, die Art des zweiten verwendeten Lösungsmittels, die chemische Interaktion zwischen dem ersten Lösungsmittel und dem zweiten Lösungsmittel, das bestimmte verwendete abbaubare Material, das Molekulargewicht des abbaubaren Materials, die Konzentration des abbaubaren Materials in der abbaubaren Material-Lösungsmittelmischung; die Menge der aufgewandten Scherung; die Art der Scherungsvorrichtung, die Gegenwart von verschiedenen Additiven, die Temperaturbedingungen, usw.
Bestimmte Ausführungsformen der Verfahren der vorliegenden Erfindung können Schmelzkoagulationstechniken verwenden, um abbaubare Partikel von einer geeigneten oder gewünschten Größe und Form zur Verwendung in unterirdischen Anwendungen herzustellen. Die abbaubaren Partikel können in einer unterirdischen Anwendung mit oder ohne einem Behandlungsfluid verwendet werden, in Abhängigkeit von der Verwendung.
Ein Schmelzkoagulationsverfahren dieser Erfindung umfasst die Schritte des Bereitstellens einer abbaubaren Materialschmelze; Atomisieren der abbaubaren Materialschmelze in einem Atomisierungsfluidstrom; und Erlauben, dass sich abbaubare Partikel bilden.
Die abbaubare Materialschmelze kann durch Erhitzen eines abbaubaren Materials bis zu oder über seinen Schmelzpunkt gebildet werden. Jede geeignete Vorrichtung zum Herstellen oder Bereitstellen einer abbaubaren Materialschmelze kann in dem Schmelzkoagulationsverfahren dieser Erfindung verwendet werden. Scherung kann in eine solche Vorrichtung, falls gewünscht, eingebaut werden.
Während des Atomisierungsschrittes wird die abbaubare Materialschmelze in einem Atomisierungsfluidstrom atomisiert, in welchem das abbaubare Material nicht löslich ist. Der Atomisierungsfluidstrom kann ein Gas oder eine Flüssigkeit umfassen, in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung. Druck kann wünschenswert sein, um die Schmelze zu unterstützen, durch die Atomisierungsvorrichtung zu gehen. Jede geeignete Atomisierungsvorrichtung kann in den Schmelzkoagulationsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispiel einer geeigneten Atomisierungsvorrichtung ist eine Düse, die einen geeigneten Durchmesser zur Herstellung von abbaubaren Partikel mit einer gewünschten Form oder Größe hat. In einigen Ausführungsformen kann die gleiche Art von Ausstattung, die in Anwendungen zum Sprühen heißer Schmelzklebstoffe verwendet wird, angewandt werden. Die abbaubare Materialschmelze kann in einem Atomisierungsfluidstrom atomisiert werden, welcher eine Flüssigkeit und/oder ein Gas umfasst. Der Atomisierungsfluidstrom kann ein Behandlungsfluid umfassen, in welchem die abbaubaren Partikel in einer unterirdischen Formation für die gewünschte Anwendung eingeführt werden. Beim Auswählen eines geeigneten Atomisierungsfluidstroms sollte man im Kopf behalten, dass die abbaubaren Partikel in dem Atomisierungsfluidstrom nicht löslich sind. Die gewünschte Konzentration der abbaubaren Partikel in einem Behandlungsfluid kann davon geleitet werden, welche Art von Fluid verwendet wird in dem Atomisierungsfluidstrom, beinhaltend ob das Atomisieren in einem Behandlungsfluid geeignet ist. Während diesem Schritt sollte man daran denken, dass die Atomisierung in einer solchen Weise getan werden sollte, dass ganze Tropfen einer gewünschten Größe und Form gebildet werden, so dass die resultierenden abbaubaren Partikel die gewünschte Form und Größe aufweisen. Atomisierung kann in jedem geeigneten Apparat auftreten. Ein fluidisierter Bettreaktor ist ein Beispiel eines geeigneten Apparates. Eine Hochdruckdüse ist ein weiteres Beispiel eines geeigneten Apparates. Bestimmte geeignete Apparate können eine ausreichende Menge an Fluid haben und die Temperatur ist niedrig genug, um die abbaubaren Partikel sich abkühlen zu lassen und abbaubare Partikel zu bilden. Die Temperatur und der Druck, bei welcher die Atomisierung vollführt wird, kann die Größe und Form der resultierenden abbaubaren Partikel stark beeinflussen. Weitere Faktoren, welche die Qualitäten der resultierenden abbaubaren Partikel beeinträchtigen können beinhalten die bestimmte Atomisierungsvorrichtung, die Ausflussöffnung der Atomisierungsvorrichtung, die Temperatur der Schmelze, die Temperatur- und Druckbedingungen des Atomisierungsverfahrens, usw..
Falls gewünscht kann das abbaubare Material optional zusätzliche Additive umfassen, solange sie nicht empfindlich sind auf oder negativ beeinflusst werden durch das Erhitzen der Schmelze. Jegliche derartige Additive sollten weiterhin die abbaubare Materialschmelze selbst nicht negativ beeinflussen, sowie das Atomisierungsverfahren oder die Bildung der abbaubaren Partikel. Beispiele von geeigneten Zusätzen beinhalten Oxidierungsmittel, Salze oder weitere chemische Mittel, welche wünschenswerterweise in den resultierenden abbaubaren Partikel eingebaut sind. Jeder Zusatz, der in der Lage ist, in die abbaubaren partikulären Teilchen während eines Schmelzkoagulationsverfahrenseingebaut zu werden, kann verwendet werden. Jeder dieser Zusätze kann eine spezifische wünschenswerte Funktionalität aufweisen. Beispielsweise können einige Zusätze die Rate der Hydrolyse der abbaubaren Partikel in Abhängigkeit der Bedingung, die in einer bestimmten Anwendung angetroffen werden, modulieren. Der Einbau eines Zusatz kann wünschenswert sein, wenn es vorteilhaft ist, das Additiv in die unterirdische Formation vor oder während des Abbaus der abbaubaren Partikel einzubringen. Wenn über die Zugabe eines Additivs nachgedacht wird, sollte bedacht werden, dass das Additiv weitere Arbeitsschritte oder Komponenten nicht nachteilig beeinflusst. In einem Beispiel einer alternativen Ausführungsform kann ein säurelösliches festes Material zur abbaubaren Materialschmelze zugefügt werden, so dass das säurelösliche Material in die resultierenden abbaubaren Partikel eingebaut wird. Beispiele von geeigneten säurelöslichen festen Materialien beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Kalziumcarbonat und Magnesiumoxid. Dies kann wünschenswert sein, um beispielsweise die Säure, die beim Abbau der abbaubaren Partikel erzeugt wird, zu neutralisieren, die Hydrolyse der abbaubaren partikulären Teilchen zu modulieren oder den abbaubaren partikulären Teilchen Stoßfestigkeit hinzuzufügen.
Alle der oben diskutierten abbaubaren Materialien mit Bezug auf Emulsion und Ausfällungsverfahren können in den Schmelzkoagulationsverfahren dieser Erfindung verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das gewählte partikuläre abbaubare Material ein relativ niedrigeres Molekulargewicht und Schmelzviskosität aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen können abbaubare Materialien, welche während der Atomisierung Tropfen bilden, verwendet werden. Beispiele von geeigneten abbaubaren Materialien, die in Verbindung dem Schmelzkoagulationsverfahren dieser Erfindung verwendet werden können beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, aliphatische Polyester; Poly(lactide), Poly(hydroxyesterether), Poly(glycolide); Poly(ε-caprolactone); Poly(hydroxybutyrate); Poly(anhydride); Polycarbonate; Poly(orthoester); Poly(aminosäuren); Poly(ethylenoxide); Poly(phosphazene); Polyetherester, Polyesteramide, Polyamide; und Copolymere oder Elends von jedem dieser abbaubaren Materialien. Bevorzugte Beispiele von abbaubaren Materialen zur Verwendung in den Schmelzcoagulationsverfahren dieser Erfindung beinhalten Poly(lactide), Poly(glycolide), Poly(ε-caprolactone) und Po ly(hydroxybutyrate). Weitere Abbaumaterialien, welche einen hydrolytischen Abbau durchmachen, können ebenso geeignet sein.
Weichmacher können in die abbaubaren Materialien eingefügt werden, und die gewünschten Eigenschaften in den resultierenden abbaubaren Partikel oder den abbaubaren Materialschmelzen zu erreichen. Jede der oben gelisteten Weichmacher ist geeignet für die Verwendung in den Schmelzkoagulationsverfahren dieser Erfindung solange sie gegenüber der Schmelze und dem Atomisierungsverfahren tolerant sind, so dass der Weichmacher in den resultierenden abbaubaren Partikel verbleibt, um die gewünschten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen. Die Wahl des Weichmachers wird von dem bestimmten gewählten abbaubaren Material für eine bestimmte Ausführungsform dieser Schmelzkoagulationsverfahren abhängen und die Anwendung, in welcher die abbaubaren Partikel genutzt werden. In einigen Ausführungsformen können die Weichmacher besonders hilfreich sein, um die Schmelzviskosität zu erhöhen und die Atomisierung der Schmelze zu verbessern.
Es sollte angemerkt werden, dass wenn die resultierenden abbaubaren Partikel in Verbindung mit einem nicht-wässrigen Behandlungsfluid verwendet werden, die Schmelzkoagulationsverfahren dieser Erfindung solange geeignet sind wie das Behandlungsfluid die abbaubaren Partikel nicht auflöst.
In bestimmten Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, ein oberflächenaktives Mittel in das Atomisierungsfluid einzubauen. Das oberflächenaktive Mittel kann unter anderem helfen, die abbaubaren Partikel in dem Atomisierungsfluid zu dispergieren. Beispiele von geeigneten oberflächenaktiven Mitteln beinhalten jegliche kationische, anionische oder nicht-ionische oberflächenaktive Mittel, welche in der Lage sind die Dispersion der abbaubaren Partikel in dem Atomisierungsfluid zu unterstützen. Spezifische Beispiele beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Natriumdodecylsulfat, Poly(vinylalkohol), Natriumdodecylbenzolsulfonsäure, Cetyltrimethylammoniumbromid, Cetylpyridiniumbromid, Hexadecylmaltosid, TRITON^TM X-100, TWEEN^TM 20, BRIJ W1 und TERGITOL^TM NP-40. Die Wahl, welches bestimmte oberflächenaktive Mittel zu verwenden sei, kann durch das gewählte partikuläre abbaubare Material bestimmt werden sowie den Schmelzbedingungen und den gewählten Atomisierungsverfahren. In bestimmten Ausführungsformen sollte das oberflächenaktive Material in einer Menge eingefügt werden, die ausreichend ist, um die Agglomeration der abbaubaren Partikel zu verhindern. In einigen Ausführungsformen kann dies von ungefähr 0,1% bis ungefähr 5% basierend auf der Menge der abbaubaren Partikel in dem Atomisierungsfluid sein.
Die Teilchengröße der abbaubaren Partikel kann durch Änderung der verschiedenen Faktoren im Verfahren geändert werden. Beispielsweise können die Schmelztemperatur, die bestimmte Atomisierungsvorrichtung, die Bedingungen die in der Atomisierungsvorrichtung angetroffen werden (z. B. Temperatur und Druck), die Rate bei welcher die Atomisierung auftritt, Zusätze und ähnliches alles geändert werden, um abbaubare Partikel herzustellen mit unterschiedlichen Größen und/oder Charakteristika. Ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Wissen dieser Offenbarung wird die Variablen und den Grad der Variation erkennen, der nötig ist, um abbaubare Partikel zur Verwendung in einer bestimmten Anwendung herzustellen.
Bestimmte Ausführungsformen der Verfahren der vorliegenden Verwendung können Verfahren die durch überkritische Fluide assistiert werden verwenden, um abbaubare Partikel von einer geeigneten oder gewünschten Größe und Form zur Verwendung in unterirdischen Anwendungen zu produzieren. Die abbaubaren Partikel können in einer unterirdischen Anwendung mit oder ohne einem Behandlungsfluid verwendet werden, in Abhängigkeit von der Verwendung. Diese Verfahren die durch überkritische Fluide assistiert werden, können insbesondere zur Bildung von kleineren abbaubaren Partikel nützlich sein. Beispielsweise können die Verfahren in bestimmten Ausführungsformen verwendet werden, um 1- bis 3-μm abbaubare Partikel herzustellen, welche einen niedrigere Tendenz zur Agglomeration aufweisen.
Viele überkritische Fluide, wie überkritisches Kohlenstoffdioxid, können in diesem Verfahren geeignet sein. Allgemein gesprochen kann die Verwendung eines überkritischen Kohlestoffdioxid wünschenswert sein, weil es als ein umweltfreundliches Lösungsmittelersatz betrachtet wird. Kohlenstoffdioxid wird als nicht toxisch, nicht entzündlich betrachtet und hat leicht zugängliche kritische Bedingungen, d. h. T_c = 31°C und P_c = 7,37 MPa.
Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Verfahren mit überkritischer Fluidassistierung ist ein Verfahren zur Bildung abbaubarer Partikel, welches umfasst: Bereitstellen einer abbaubaren Material-überkritischen Fluid-Mischung, Erlauben der abbaubaren Material-überkritischen Fluid-Mischung durch eine Düse in eine niedrigere Druckzone zu expandieren; und Erlauben, dass sich abbaubare Partikel bilden. Die niedrigere Druckzone kann jedes geeignete niedrigere Druckgebiet sein, beinhaltend aber nicht darauf beschränkt, eine Kammer in einem Teil einer Ausstattungsvorrichtung, ein Fluid, ein Behandlungsfluid in welcher die resultierenden abbaubaren Partikel in eine unterirdische Formation angebracht werden, oder ähnliches. Die abbaubare Material-superkritische Fluid-Mischung kann an der Bruchstelle gemischt werden oder an einer zweiten Stelle vorgemischt werden und anschließend zu der Bohrstelle gebracht werden.
In alternativen Ausführungsformen kann ein geeignetes Lösungsmittel und/oder ein oberflächenaktives Mittel in die abbaubare Material-überkritische Fluid-Mischung eingebaut werden, beispielsweise wenn das abbaubare Material nicht ausreichend in dem überkritischen Fluid ohne dem Lösungsmittel oder oberflächenaktiven Mittel löslich ist. Jedes Lösungsmittel oder oberflächenaktive Mittel kann geeignet sein, das eine Hilfe in der Auflösung des abbaubaren Materials in dem überkritischen Fluid sein kann. Bevorzugte Lösungsmittel in oberflächenaktive Mittel können auch mit den Umständen, die die bestimmte unterirdischen Anwendung der abbaubaren Partikel umgibt, kompatibel sein. Das bestimmte Lösungsmittel oder verwendete oberflächenaktive Mittel hängt in großen Teilen von der Identität des abbaubaren Materials, dass für eine spezielle Ausführungsform gewählt worden ist, ab.
Die Auswahl eines optionalen Lösungsmittels für die abbaubare Material-überkritische Fluid-Mischung in dem Emulsionsverfahren dieser Erfindung wird unter anderem von dem bestimmten gewählten partikulären Material abhängen, der Konzentration des abbaubaren Materials in der überkritischen abbaubaren Materialmischung, usw. Beispiele von geeigneten Lösungsmitteln beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Azeton, Chloroform, Dichlormethan, 1,2-Dichlorbenzol, Tetrathydrofuran, Benzol, Acetonitril, Dioxan, Dimethylformamid, Toluol, Ethylacetat, N-Methylpyrrolidon, Xylol, Ether, Diphenylether, Ethylbenzol, Naphthalen, Propylencarbonat, Di(propylenglycol)methylether, Di(propylenglycol)propylether, Di(propylenglycol)butylether, Di(propylenglycol)methyletheracetat und Derivate davon. Fluorinierte Alkohole und fluorinierte Kohlenwasserstoffe können besonders nützlich sein, abhängig von dem bestimmten gewählten abbaubaren Material und den Bedingungen der bestimmten Anwendung. In der Auswahl eines Lösungsmittels zur Verwendung in einer Ausführungsform einer überkritisch fluid-assistierten Verfahren dieser Erfindung sollte man die Eigenschaft dieses Lösungsmittels und jegliche Regelungen berücksichtigen, die zutreffen könnten, insbesondere, wenn das abbaubare Partikel fliegend gemacht wird, wenn resultieren könnte, dass wenigstens ein Teil des Lösungsmittel in die unterirdische Formation eingeführt wird. Weitere Überlegungen, die gestellt werden sollten wenn ein Lösungsmittel ausgesucht wird beinhalten Sicherheit und industrielle Hygiene, jede potentiellen Umweltangelegenheiten, potentielle Sicherheitsangelegenheit im Hinblick auf den Zündpunkt und mögliche Aussetzung und die relativen Kosten. Falls verwendet, sollte das Lösungsmittel in einer Menge eingeführt werden, die ausreichend ist um die Bildung der abbaubaren Material-superkritische Fluid-Mischung zu unterstützen.
Beispiele von geeigneten optionalen oberflächenaktiven Mitteln, die in diesem Verfahren verwendet werden können, beinhalten jedes kationische, anionische oder nicht-ionische oberflächenaktive Mittel. Spezifische Beispiele beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Natriumdodecylsulfat, Poly(vinylalkohol), Natriumdodecylbenzolsulfonsäure, Cetyltrimethylammoniumbromid, Cetylpyridiniumbromid, Hexadecylmaltosid, TRITON^TM X-100, TWEEN^TM 20, BRIJ W1 und TERGITOL^TM NP-40. Die Wahl welches bestimmte oberflächenaktive Mittel zu verwenden sei kann durch das bestimmte partikuläre Material, das gewählt wird, bestimmt werden. In bestimmten Ausführungsformen sollte das oberflächenaktive Mittel in einer Menge beinhaltet sein, die ausreichend ist, die abbaubare Material-überkritische Fluidmischung zu stabilisieren. In einigen Ausführungsformen kann dies von ungefähr 0,1% bis ungefähr 5% basierend auf der Menge des abbaubaren Materials in einer abbaubaren Material-überkritischen Fluidmischung sein.
Alle der oben diskutierten abbaubaren Materialien in Bezug auf die Emulsions-Ausfällungs- und Schmelzkoagulationsverfahren können in den Verfahren dieser Erfindung, welche durch überkritisches Fluid unterstützt werden, verwendet werden. Beispiele beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, aliphatische Polyester, Poly(lactide); Poly(glycolide); Poly(ε-caprolactone); Poly(hydroxybutyrate); Poly(anhydride); Polycarbonate; Poly(orthoester); Poly(aminosäuren); Poly(ethylenoxide); Poly(phosphazene); Polyetherester, Polyesteramide, Polyamide; und Copolymere oder Elends aus jedem dieser abbaubaren Materialien. Weichmacher können in die abbaubaren Materialien eingefügt werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Jeder Weichmacher ist geeignet solange er nicht durch die Bildung der abbaubaren partikulären Teilchen negativ beeinflusst wird oder diese negativ beeinflusst. In der Auswahl des bestimmten abbaubaren Materials für eine gewählte Anwendung sollte man berücksichtigen, dass einige der abbaubaren Materialien eine niedrigere Flüssigkeit in überkritischen Fluiden haben als andere. Es kann wünschenswert sein, diese relative Löslichkeit zu berücksichtigten wenn eine abbaubare Material-superkritische Fluid-Mischung gemixt oder bereitgestellt wird. Wie oben gesagt, können Lösungsmittel oder oberflächenaktive Mittel bei Bedarf eingebaut werden.
Das Zulassen, dass die abbaubare Material-überkritische Fluid-Mischung durch eine Düse in eine niedrigere Druckzone expandiert, kann durch jedes geeignete Verfahren bewerkstelligt werden. Es kann zugelassen werden, dass die abbaubare Material-überkritische Fluid-Mischung durch eine geeignete Düse beispielsweise in eine Zone mit einem niedrigeren Druck expandiert. Man sollte berücksichtigen, dass die Druck- und Temperaturbedingungen, die im Expansionsschritt eingesetzt werden, die Größe und die Eigenschaften der resultierenden abbaubaren Partikel beeinflussen können. Die Geometrie der Öffnung kann ebenfalls in großem Maßstab die Charakteristiken der resultierenden abbaubaren Partikel beeinflussen. Die Konzentration des abbaubaren Materials in der abbaubaren Material-überkritischen Fluidmischung kann ebenfalls die Eigenschaften der daraus resultierenden abbaubaren partikulären Teilchen beeinflussen. Die Zone mit niedrigerem Druck kann intern oder extern zu einem Bohrloch in einer unterirdischen Formation sein. In einigen Ausführungsformen kann die Zone mit niedrigem Druck ein Behandlungsfluid umfassen, in welchem die abbaubaren Partikel in eine unterirdische Formation eingeführt werden.
Die abbaubaren Partikel können in einer unterirdischen Anwendung alleine, in Kombination mit weiteren Zusätzen und/oder in einer Aufschlämmung oder einem Behandlungsfluid (z. B. einer Aufschlämmung oder Behandlungsfluid, welches gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird) verwendet werden, in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung ohne umgebenden Begleitumständen. Ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Wissen dieser Offenbarung wird in der Lage sein zu erkennen, wann die abbaubaren Partikel zusammen mit weiteren Additiven, einer Aufschlämmung und/oder einem Behandlungsfluid verwendet oder nicht verwendet werden sollten. Faktoren, welche jemand mit gewöhnlichem Fachwissen berücksichtigen sollte bei der Bestimmung, wie die abbaubaren partikulären Teilchen verwendet werden sollten, beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, die Gegenwart einer Aufschlämmung oder einer Dispersion, die im Verlauf der Bildung der abbaubaren Partikel gebildet worden sind, die Fähigkeit, die abbaubaren Partikel in das Behandlungsfluid einzubauen, den Bedarf, die abbaubaren Partikel für einige Zeit zu lagern, die Vorgabe (Timing), die für den Abbau der abbaubaren Partikel gewünscht wird, die Konzentration der abbaubaren Partikel, die in einem gewählten Behandlungsfluid benötigt wird, und ähnliches.
Wenn sie in ein Behandlungsfluid eingebaut worden sind, können die abbaubaren Partikel und das Behandlungsfluid (und/oder Komponenten daraus) mit jeder Vorrichtung oder Verfahren bekannt aus dem Stand der Technik kombiniert werden. Die abbaubaren Partikel, das Behandlungsfluid und/oder Komponenten daraus können an der Baustelle hergestellt werden oder sie können in einer Fabrik oder Anlage vor der Verwendung hergestellt werden und für einige Zeit vor der Verwendung gelagert werden. In bestimmten Ausführungsformen können die abbaubaren Partikel und/oder Behandlungsfluide an der Baustelle in einem Verfahren hergestellt werden, welches als „im Flug (on the fly)" durchgeführt charakterisiert wird. Der Ausdruck „im Flug (on the fly)" wird hierin verwendet um Verfahren einzuschließen, in welchen zwei oder mehrere Komponenten vereinigt werden, worin ein fließender Strom aus einem Element kontinuierlich in einen fließenden Strom einer anderen Komponente eingeführt wird, so dass die Ströme vereinigt werden und gemischt während sie kontinuierlich als ein einzelner Strom als Teil der fortschreitenden Behandlung fließen. Solche Mischungen können auch als „Echtzeit" Mischungen beschrieben werden.
Die abbaubaren Partikel, die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt werden, können in jeder geeigneten unterirdischen Anwendung verwendet werden. Geeignete unterirdische Anwendungen können beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Einspülbehandlungen, Nachspülbehandlungen, Bohrarbeitsschritte, hydraulische Rissbildungsbehandlung, Sandkontrollbehandlung (z. B. Kiespackung), ansäuemde Behandlungen (z. B. ansäuerndes Muttergestein oder ansäuernder Bachbruchstelle), „Frac-Pack" Behandlungen, Bohrlochausputzbehandlungen und weitere Arbeitsschritte, worin die abbaubaren Partikel und Verfahren der vorliegenden Erfindung nützlich sein können. Die abbaubaren Partikel könnten in verschiedenen unterschiedlichen Wege in diesen Arbeitsschritten verwendet werden, beinhaltend, aber nicht darauf beschränkt, Verwendungen als Wasserretentionspartikel, Ablenkteilchen, Filterkuchenkomponenten, brückenbildende Mittel, Bohrfluidzusätze, Fluidverlustkontrollmittel, Zusätze zur Zementzusammensetzung, Beschwerungssmittel, weitere Säurevorläuferkomponenten und ähnliches. In Abhängigkeit von der bestimmten Verwendung können die abbaubaren Partikel verschiedene Zwecke haben. Beispielsweise können die abbaubaren Partikel verwendet werden, um bei dem Abbau Leerräume zu schaffen, bestimmte wünschenswerte Abbauprodukte freizusetzen, welche anschließend für eine bestimmte Funktion nützlich sind, zeitweilig den Fluss eines Fluids einzuschränken. Spezifische nicht einschränkende Ausführungsformen von einigen Beispielen werden unten diskutiert.
In einigen Verfahren können die abbaubaren Partikel verwendet werden, um die Leitfähigkeit einer Bruchstelle zu erhöhen. Die kann mit Einbau der abbaubaren Partikel in ein Brechfluid umfassend Stützmittelpartikel erreicht werden, wodurch dem Stützmittelpartikel erlaubt wird eine Stützmatrix innerhalb einer Bruchstelle zu bilden, welche die abbaubaren Partikel umfasst und welches den abbaubaren Partikel erlaubt, sich innerhalb der Stützmatrix abzubauen und Leerräume zu bilden. Der Ausdruck „Stützmatrix" bezieht sich auf eine teilweise Verdichtung der Stützmittelpartikel.
In einem weiteren Beispiels einer unterirdischen Anwendung können die abbaubaren Partikel verwendet werden, um ein Fluid innerhalb einer unterirdischen Formation zu verteilen.
In einem weiteren Beispiel können die abbaubaren Partikel verwendet werden in einer Zusammensetzung, die so entworfen wurde, dass sie einen gewissen Grad an Sandkontrolle zu einem Teil einer unterirdischen Formation bereitstellt. In einem Beispiel eines solchen Verfahrens können die abbaubaren Partikel in eine Zementzusammensetzung eingebaut werden, welche unter Tage in einer Weise platziert wird, dass sie einen gewissen Grad an Sandkontrolle bereitstellt. Ein Beispiel einer solchen Zementzusammensetzung umfasst ein hydraulischen Zement, ausreichend Wasser um ein pumpbares Aufschlämmungy zu bilden die abbaubaren Partikel die durch ein Verfahren dieser Erfindung gebildet worden sind. Optional können weitere Zusätze, die in Zementzusammensetzungen verwendet werden, zugefügt werden.
In einem weiteren Beispiel können die abbaubaren Partikel in einer Zementzusammensetzung eingebaut werden, welchen einer primären Zementarbeitsschritt verwendet wird, wie beispielsweise Zementierung eines Schachtes in einem Bohrloch, welches eine unterirdische Formation durchbricht. Ein Beispiel einer derartigen Zementzusammensetzung umfasst einen hydraulischen Zement, ausreichend Wasser um ein pumpbares Aufschlämmungy zu bilden und die abbaubaren Partikel, die durch ein Verfahren dieser Erfin dung gebildet worden sind. Optional können weitere Zusätze, die in Zementzusammensetzungen verwendet werden, zugefügt werden.
In einem weiteren Beispiel können die abbaubaren Partikel in eine Kiesfilterschüttung eingebaut werden. Beim Abbau der abbaubaren Partikel kann jedes säurebasierte Abbauprodukt verwendet werden, um eine säurelösliche Komponente in der unterirdischen Formation abzubauen, beinhaltend aber nicht darauf beschränkt auf ein Teil eines Filterkuchens, das sich darin befindet.
In einem weiteren Beispiel können die abbaubaren Partikel mit einem viskosifizierten Behandlungsfluid eingebaut werden (z. B. einem Brechfluid oder einem Kiesschüttungsfluid), um als ein Brecher für das viskosifizierte Behandlungsfluid zu agieren (d. h. zumindest teilweise die Viskosität des viskosifizierten Behandlungsfluid zu reduzieren).
In einem weiteren Beispiel können die abbaubaren Partikel verwendet werden als sich selbst abbauende Überbrückungsmittel in einem Filterkuchen.
In einem weiteren Beispiel können die abbaubaren Partikel als ein Wasserretentionszusatz für die zumindest teilweise Kontrolle des Fluidverlust oder zur Verminderung des Fluidverlust während einer unterirdischen Behandlung, wie Brechen, eingesetzt werden.
In einem weiteren Beispiel können die abbaubaren Partikel in Verbindung mit dem Säubern oder Schneiden einer Oberflächen einer unterirdischen Formation eingesetzt werden.
Daher ist die vorliegende Erfindung gut daran angepasst, die Ziele und Vorteile, die hierin erwähnt werden sowie diejenigen die inhärent eingeschlossen sind, zu erreichen. Die oben offenbarten bestimmten Ausführungsformen sind ediglich zur Illustration, da die vorliegende Erfindung modifiziert werden kann und in verschiedenen aber äquivalenten Weisen praktiziert werden kann, die dem Fachmann mit dem Wissen der Lehre hierin offensichtlich sind. Weiterhin sind keine Einschränkungen zu den Details der Konstruktion oder dem Design, welches hier gezeigt wird, beabsichtigt mit Ausnahme von den in den Ansprüchen beschriebenen. Es ist daher ersichtlich, dass die bestimmten illustrativen Ausführungsformen, die oben offenbart sind, geändert oder modifiziert werden können und dass jegliche solcher Variationen innerhalb des Schutzumfangs und des Geistes der Erfindung betrachtet werden. Insbesondere jeder Bereich von Werten (in der Form „von ungefähr a bis ungefähr b" oder, äquivalent, „von etwa oder annähernd a bis b" oder äquivalent „von annähernd oder etwa a–b") wie hierin offenbart sollte so verstanden werden, dass es sich auf die Potenzmenge bezieht (dem Set aller Untersets) über den bestimmten Bereich von Werten und jeden Bereich darlegen, der innerhalb des breiteren Bereichs von Werten umfasst ist. Weiterhin, der unbestimmte Artikel „ein", wie in den Ansprüchen verwendet ist hierin so definiert, dass er ein oder mehrere von dem Element bedeutet, welches es einfügt. Weiterhin haben die Ausdrücke in den Ansprüche ihre einfache, ordinäre Bedeutung, außer es wird durch den Patentinhaber in anderer Weise explizit und deutlich definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/053936 [0030]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Artikel mit der Überschrift „Structure Modification and Crosslinking of Methacrylated Polylactide Oligomers" von Antti O. Helminen et al. in The Journal of Applied Polymer Science, Band 86, Seiten 3616–3624 (2002) [0030]

Claims

Ein Verfahren umfassend: Bereitstellen einer abbaubaren Materialmischung, welche ein abbaubares Material und ein erstes Lösungsmittel umfasst; Bereitstellen eines Fluids, welches ein zweites Lösungsmittel und ein oberflächenaktives Mittel umfasst, worin das erste und zweite Lösungsmittel ineinander nicht mischbar sind; Vereinigen der abbaubaren Materialmischung und des Fluids unter ausreichender Scherung, um eine Emulsion zu bilden, welche eine diskontinuierliche Phase und eine kontinuierliche Phase umfasst, wobei die diskontinuierliche Phase die abbaubare Materialmischung umfasst und die kontinuierliche Phase das zweite Lösungsmittel umfasst; Entfernen wenigstens eines Teiles des ersten Lösungsmittels aus der diskontinuierlichen Phase; und Bilden einer Vielzahl von abbaubaren Partikeln.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Bilden einer Vielzahl von abbaubaren Partikeln das Bilden einer Aufschlämmung umfasst, welche die Vielzahl an abbaubaren Partikeln suspendiert in dem zweiten Lösungsmittel umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin wenigstens ungefähr 3.000 kg von abbaubaren Partikeln gebildet werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die mittlere Teilchengröße der abbaubaren Partikeln ungefähr 1 mm oder weniger im Durchmesser ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das oberflächenaktive Mittel ein schwachschäumendes oberflächenaktives Mittel umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das oberflächenaktive Mittel wenigstens ein oberflächenaktives Mittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Po ly(vinylalkohol), Natriumdodecylbenzolsulfonsäure, Cetyltrimethylammoniumbromid, Cetylpyridiniumbromid, Hexadecylmaltosid, ein acrylisches oberflächenaktives Mittel und ein Derivat davon, umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das oberflächenaktive Mittel wenigstens ein acrylisches oberflächenaktives Mittel umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das abbaubare Material wenigstens ein abbaubares Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem aliphatischen Polyester, einem Poly(lactid), einem Poly(glycolid), einem Poly(ε-caprolacton), einem Poly(hydroxyesterether), einem Poly(hydroxybutyrat), einem Poly(anhydrid), einem Polycarbonate, Poly(orthoester), einem Poly(orthoether), einer Poly(aminosäure), einem Poly(ethylenoxid), einem Poly(phosphazen), einem Polyetherester, einem Polyesteramid, einem Polyamid, einem Copolymer davon und jedes Derivat davon umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das abbaubare Material weiterhin wenigstens einen Weichmacher umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das erste Lösungsmittel wenigstens ein organisches Lösungsmittel umfasst und das zweite Lösungsmittel wenigstens ein wässriges Fluid umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Entfernen wenigstens eines Teiles des ersten Lösungsmittels aus der diskontinuierlichen Phase das Entfernen von im wesentlichen dem gesamten ersten Lösungsmittel aus der diskontinuierlichen Phase umfasst.
Ein Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer abbaubaren Materialmischung, welche ein abbaubares Material und ein erstes Lösungsmittel umfasst; und Vereinigen der abbaubaren Materialmischung mit einem zweiten Lösungsmittel mit Scherung, um eine Fest-Flüssig-Dispersion umfassend eine feste Phase und eine flüssige Phase zu bilden, wobei die feste Phase abbaubare Partikel umfasst und die flüssige Phase das erste Lösungsmittel und das zweite Lösungsmittel umfasst, worin das erste und zweite Lösungsmittel ineinander löslich sind.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, worin das erste Lösungsmittel löslicher ist im zweiten Lösungsmittel als das abbaubare Polymer.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, worin das abbaubare Material wenigstens ein abbaubares Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem aliphatischen Polyester, einem Poly(lactid), einem Poly(glycolid), einem Poly(ε-caprolacton), einem Poly(hydroxyesterether), einem Poly(hydroxybutyrat), einem Poly(anhydrid), einem Polycarbonate, Poly(orthoester), einem Poly(orthoether), einer Poly(aminosäure), einem Poly(ethylenoxid), einem Poly(phosphazen), einem Polyetherester, einem Polyesteramid, einem Polyamid, einem Copolymer davon und jedes Derivat davon umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, worin das zweite Lösungsmittel weiterhin wenigstens ein acrylisches oberflächenaktives Mittel umfasst.
Ein Verfahren zur Behandlung einer unterirdischen Formation, wobei das Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen einer abbaubaren Materialmischung, welche ein abbaubares Material und ein erstes Lösungsmittel umfasst; (b) Bereitstellen eines Fluids, welches ein zweites Lösungsmittel und ein oberflächenaktives Mittel umfasst, (c) Vereinigen der abbaubaren Materialmischung und des Fluids mit ausreichender Scherung, um eine Emulsion zu bilden, welche eine diskontinuierliche und eine kontinuierliche Phase umfasst, wobei die diskontinuierliche Phase die abbaubare Materialmischung umfasst und die kontinuierliche Phase das Fluid umfasst; (d) Entfernen wenigstens eines Teiles des ersten Lösungsmittels aus der diskontinuierlichen Phase; (e) Bilden einer Aufschlämmung, welche abbaubare Partikel und das zweite Lösungsmittel umfasst; und (f) Einbringen wenigstens eines Teils der Aufschlämmung aus abbaubaren Partikeln in wenigstens einen Teil der unterirdischen Formation.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, worin das oberflächenaktive Mittel wenigstens ein acrylisches oberflächenaktive Mittel umfasst.
Ein Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer abbaubaren Material-überkritischen Fluid-Mischung, welche ein abbaubares Material umfasst; Erlauben der abbaubaren Material-überkritischen Fluid-Mischung durch eine Öffnung in eine niedrigere Druckzone zu expandieren; und Erlauben, dass sich abbaubare Partikel bilden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, worin wenigstens ungefähr 3.000 kg von abbaubaren Partikeln gebildet werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, worin das abbaubare Material wenigstens ein abbaubares Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem aliphatischen Polyester, einem Poly(lactid), einem Poly(glycolid), einem Poly(ε-caprolacton), einem Poly(hydroxyesterether), einem Poly(hydroxybutyrat), einem Poly(anhydrid), einem Polycarbonate, Poly(orthoester), einem Poly(orthoether), einer Poly(aminosäure), einem Poly(ethylenoxid), einem Poly(phosphazen), einem Polyetherester, einem Polyesteramid, einem Polyamid, einem Copolymer davon und jedes Derivat davon umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, worin das Verfahren weiterhin das Einbringen der abbaubaren Material-überkritischen Fluid-Mischung in wenigstens einen Teil einer unterirdischen Formation umfasst, die Öffnung eine Öffnung in der unterirdischen Formation umfasst und die niedrigere Druckzone eine Niedrigdruckzone in der unterirdischen Formation umfasst.
Ein Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer abbaubaren Materialschmelze, welche ein abbaubares Material umfasst; Atomisieren der abbaubaren Materialschmelze in einem Atomisierungsfluidstrom; und Erlauben, dass sich abbaubare Partikel bilden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 22, worin das abbaubare Material wenigstens ein abbaubares Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem aliphatischen Polyester, einem Poly(lactid), einem Poly(glycolid), einem Poly(ε-caprolacton), einem Poly(hydroxyesterether), einem Poly(hydroxybutyrate), einem Poly(anhydrid), einem Polycarbonate, Poly(orthoester), einem Poly(orthoether), einer Poly(aminosäure), einem Poly(ethylenoxid), einem Poly(phosphazen), einem Polyetherester, einem Polyesteramid, einem Polyamid, einem Copolymer davon und jedes Derivat davon umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 22, worin wenigstens ungefähr 3.000 kg von abbaubaren Partikeln gebildet werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 22, welches weiterhin das Einbringen des Atomisierungsfluidstroms und der abbaubaren Partikel in wenigstens einen Teil einer unterirdischen Formation umfasst.