JP2017500234A - In-situ plasticization of polymers for shape change or mechanical property change - Google Patents

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Abstract

第一温度にある環境下で変形した又は圧縮された形状を有する形状記憶ポリマーを展開する方法を含む、材料の物理的大きさ及び/又は機械的性質を変化させるために、形状記憶ポリマーを使用現場で展開及び/又は可塑化する方法が提供される。この方法は、形状記憶ポリマーのガラス転移温度を前記第一ガラス転移温度から、該第一ガラス転移温度よりも低い又は該第一ガラス転移温度に等しい第二ガラス転移温度に低下させ、前記形状記憶ポリマーを拡張して該形状記憶ポリマーを展開した形状に広げることをさらに含む。【選択図】 図2Using a shape memory polymer to change the physical size and / or mechanical properties of a material, including a method of developing a shape memory polymer having a deformed or compressed shape in an environment at a first temperature A method for deployment and / or plasticization in the field is provided. The method reduces the glass transition temperature of the shape memory polymer from the first glass transition temperature to a second glass transition temperature that is lower than or equal to the first glass transition temperature. It further includes expanding the polymer to expand the shape memory polymer into a deployed shape. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、形状記憶材料を採用する、油及びガスの坑井で用いられる方法と組成物とに係り、より詳しくは、活性化流体を用いて形状記憶材料のガラス転移温度を変化させる方法と組成物とに関する。   The present invention relates to methods and compositions used in oil and gas wells employing shape memory materials, and more particularly, methods for changing the glass transition temperature of shape memory materials using an activated fluid, and And to the composition.

形状記憶ポリマー(shape memory polymers=SMPs)は、ガラス転移温度(Tg)以上に加熱されると元の形状を取り戻すポリマーである。最初にガラス転移温度を超える温度に形状記憶ポリマーを加熱し、次いでポリマーを成形し、引き続いてガラス転移温度未満の温度に冷却することにより形状を固定することによって、形状記憶ポリマーから物品を形成する。物品の展開中に、ガラス転移温度を超える温度に成形した該物品を加熱して、最初に成型した形状を取り戻させる。   Shape memory polymers (SMPs) are polymers that regain their original shape when heated above the glass transition temperature (Tg). Forming an article from a shape memory polymer by first fixing the shape by first heating the shape memory polymer to a temperature above the glass transition temperature, then shaping the polymer and subsequently cooling to a temperature below the glass transition temperature . During the development of the article, the article molded to a temperature above the glass transition temperature is heated to regain the originally molded shape.

様々な形状記憶ポリマー(SMPs)が数多くの分野で使用されてきている。特に、SMPsはダウンホール環境下(例えば、油及び天然ガスの製造)でシール部材及びフィルタとして用いられて来ている。しかしながら、SMPsの展開は熱活性化を伴う。熱活性化においては、当初形状を回復させるために、ガラス転移温度(Tg)を超える温度にSMPsの温度を上げる。SMPの温度をそのTgよりも高い温度に上げるために、加熱されたダウンホール流体を熱活性化媒体として使用している。   Various shape memory polymers (SMPs) have been used in many fields. In particular, SMPs have been used as seal members and filters in downhole environments (eg, oil and natural gas production). However, the deployment of SMPs is accompanied by thermal activation. In thermal activation, the temperature of SMPs is raised to a temperature above the glass transition temperature (Tg) in order to recover the original shape. In order to raise the temperature of SMP to a temperature higher than its Tg, a heated downhole fluid is used as a heat activation medium.

ダウンホールでSMP物品を熱処理によって活性化することに代る方法は、この技術分野では高く評価されるであろう。   An alternative to activating SMP articles by heat treatment in a downhole would be highly appreciated in the art.

本発明を限定しない一形態において、第一温度にある環境下に変形した形状を有する形状記憶ポリマーを配置することを含む形状記憶ポリマーを展開する方法が提供され、該形状記憶ポリマーは前記第一温度よりも高い第一ガラス転移温度を有している。この方法は、前記第一ガラス転移温度から、該第一ガラス転移温度よりも低い又は該第一ガラス転移温度に等しい第二ガラス転移温度に、前記形状記憶ポリマーのガラス転移温度を下げることも含み、該方法は、水、アルコール、アルデヒド、アミド、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、ケトン、ジカーボネート、トリカーボネート、及びこれらの組み合わせを含むが必ずしもこれらに限定されない活性化流体に、前記形状記憶ポリマーを接触させることを含む。また、この方法は、形状記憶ポリマーを展開した形状に広げるために、形状記憶ポリマーを拡張することもさらに含む。   In one non-limiting embodiment of the present invention, a method of developing a shape memory polymer is provided that includes disposing a shape memory polymer having a deformed shape in an environment at a first temperature, the shape memory polymer comprising the first memory The first glass transition temperature is higher than the temperature. The method also includes lowering the glass transition temperature of the shape memory polymer from the first glass transition temperature to a second glass transition temperature that is lower than or equal to the first glass transition temperature. The method may include the shape memory in an activation fluid including but not necessarily limited to water, alcohol, aldehyde, amide, amine, carboxylic acid, ester, ether, ketone, dicarbonate, tricarbonate, and combinations thereof. Contacting the polymer. The method also further includes expanding the shape memory polymer to expand the shape memory polymer into an expanded shape.

別の本発明を限定しない態様においては、ダウンホール環境下で形状記憶ポリマーを展開する方法が提供され、該方法は、第一温度を有するダウンホール環境下に変形した形状を有する形状記憶ポリマーを配置することを含む。この方法は、また、前記形状記憶ポリマーを活性化流体と接触させて、該形状記憶ポリマーのガラス転移温度を前記第一温度よりも下げることを含む。活性化流体としては、水、アルコール、グリコール、アルデヒド、アミド、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、ケトン、ジカーボネート、トリカーボネート、及びこれらの組み合わせを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。さらに、この方法は、形状記憶ポリマーを展開した形状に拡張することと、前記ガラス転移温度を前記第一温度よりも高くして形状記憶ポリマーを展開した形状に維持するために活性化流体を除去することとを含む。   In another non-limiting embodiment of the present invention, a method of deploying a shape memory polymer under a downhole environment is provided, the method comprising: deforming a shape memory polymer having a deformed shape under a downhole environment having a first temperature. Including placing. The method also includes contacting the shape memory polymer with an activating fluid to lower the glass transition temperature of the shape memory polymer below the first temperature. The activation fluid can include, but is not necessarily limited to, water, alcohols, glycols, aldehydes, amides, amines, carboxylic acids, esters, ethers, ketones, dicarbonates, tricarbonates, and combinations thereof. In addition, the method extends the shape memory polymer to a deployed shape and removes the activation fluid to maintain the shape memory polymer in the deployed shape by raising the glass transition temperature above the first temperature. Including.

さらに、本発明を限定しない別の形態においては、形状記憶ポリマーを展開するシステムが提供され、該システムは、水、アルコール、グリコール、アルデヒド、アミド、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、ケトン、ジカーボネート、トリカーボネート、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択される活性化流体と、該活性化流体との接触に応じてガラス転移温度が低下することによって展開される形状記憶ポリマーとを含む。   Furthermore, in another form that does not limit the invention, a system for deploying a shape memory polymer is provided, the system comprising water, alcohol, glycol, aldehyde, amide, amine, carboxylic acid, ester, ether, ketone, diester. An activation fluid selected from the group consisting of carbonates, tricarbonates, and combinations thereof, and a shape memory polymer that is developed by lowering the glass transition temperature in response to contact with the activation fluid.

以下の記載は、いかなる様態にも本発明を制限するものと考えるべきではない。   The following description should not be construed as limiting the invention in any manner.

形状記憶ポリマーのガラス転移温度の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of the glass transition temperature of a shape memory polymer. ガラス転移温度の変化に対する形状記憶ポリマーの直径の大きさの変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the magnitude | size of the diameter of a shape memory polymer with respect to the change of a glass transition temperature. 105°F(40.5℃)で活性化流体と接触している形状記憶ポリマーの、時間に対する大きさを示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the magnitude over time of a shape memory polymer in contact with an activated fluid at 105 ° F. (40.5 ° C.). 110°F(43.3℃)で活性化流体と接触している形状記憶ポリマーの、時間に対する大きさを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the magnitude over time of a shape memory polymer in contact with an activated fluid at 110 ° F. (43.3 ° C.). 115°F(46.1℃)で活性化流体と接触している形状記憶ポリマーの、時間に対する大きさを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the magnitude of time for a shape memory polymer in contact with an activated fluid at 115 ° F. (46.1 ° C.). ある活性化流体との接触について、Tgが高い形状記憶ポリマーの外径の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the outer diameter of a shape memory polymer with high Tg about contact with a certain activated fluid. ある活性化流体との接触について、Tgが低い形状記憶ポリマーの外径の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the outer diameter of a shape memory polymer with low Tg about contact with a certain activated fluid. ある活性化流体との接触について、Tgが低い形状記憶ポリマーの外径の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the outer diameter of a shape memory polymer with low Tg about contact with a certain activated fluid.

形状記憶ポリマーのガラス転移温度(Tg)を該形状記憶ポリマーが配置される環境の温度よりも低くすることにより、(その環境の温度を上げることなく)形状記憶ポリマーを展開することができることが発見された。このようにして、形状記憶ポリマーを含むダウンホール物品を活性化流体と接触させて該ダウンホール物品のTgを当該物品の周囲のダウンホールの温度よりも下げることによって、このような物品を迅速かつ選択的に展開することができる。また、形状記憶ポリマーを活性化流体と接触させたときに、この形状記憶ポリマーの機械的性質が択一的に又は同時に変化する場合があることが発見されている。機械的性質の変化としては、ヤング率の低下及び/又は靱性の向上を挙げることができるが、これらに限定されない。   Discovery that shape memory polymers can be developed (without increasing the temperature of the environment) by lowering the glass transition temperature (Tg) of the shape memory polymer below that of the environment in which the shape memory polymer is placed. It was done. In this way, by bringing a downhole article comprising a shape memory polymer into contact with an activating fluid to reduce the Tg of the downhole article below the temperature of the downhole surrounding the article, Can be deployed selectively. It has also been discovered that when a shape memory polymer is contacted with an activation fluid, the mechanical properties of the shape memory polymer may alternatively or simultaneously change. Changes in mechanical properties can include, but are not limited to, a decrease in Young's modulus and / or an increase in toughness.

本発明を限定しない一態様においては、形状記憶ポリマーと該形状記憶ポリマーのTgを低下させる活性化流体とを接触させることによる形状記憶回復によって、形状記憶ポリマーは変形した形状又は圧縮した形状から元の形状に展開することができる。   In one non-limiting embodiment of the invention, the shape memory polymer is recovered from a deformed or compressed shape by contacting the shape memory polymer with an activated fluid that lowers the Tg of the shape memory polymer. It can be developed into a shape.

本発明を制限しない他の一態様によると、前記形状記憶ポリマーとしては、ポリウレタン、ポリカーボネートポリオールとポリイソシアネートとの反応で作られたポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、エポキシ、ゴム、フルオロエラストマー、ニトリル、エチレンプロピレンジエン単量体(EPDM)から作られたポリマー、ポリアミド、ポリ尿素、ポリビニルアルコール、ビニルアルコール−ビニルエステル共重合体、フェノール系高分子、ポリベンゾイミダゾール、N,N’-メチレン-ビス-アクリルアミドで架橋したポリエチレンオキシド/アクリル酸/メタクリル酸共重合体、エチレングリコールジメチルアクリレートで架橋したポリエチレンオキシド/メタクリル酸/N-ビニル-2-ピロリドン共重合体、エチレングリコールジメチルアクリレートで架橋したポリエチレンオキシド/ポリ(メチルメタクリレート)/N-ビニル-2-ピロリドン共重合体、及びこれらの組み合わせを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。本発明を限定しない好適な具体例としては、ベイカー・ヒューズ・インコーポレイテッドのGeoFORMTMコンフォーマブル砂管理システムで使用されているポリウレタンを挙げることができる。 According to another embodiment not limiting the present invention, the shape memory polymer may be polyurethane, polyurethane made by reaction of polycarbonate polyol and polyisocyanate, polystyrene, polyethylene, epoxy, rubber, fluoroelastomer, nitrile, ethylene propylene Polymers made from diene monomer (EPDM), polyamide, polyurea, polyvinyl alcohol, vinyl alcohol-vinyl ester copolymer, phenolic polymer, polybenzimidazole, N, N'-methylene-bis-acrylamide Cross-linked polyethylene oxide / acrylic acid / methacrylic acid copolymer, polyethylene oxide / methacrylic acid / N-vinyl-2-pyrrolidone copolymer cross-linked with ethylene glycol dimethyl acrylate, ethylene glycol dimethyl acrylate Examples include, but are not necessarily limited to, rate-crosslinked polyethylene oxide / poly (methyl methacrylate) / N-vinyl-2-pyrrolidone copolymers, and combinations thereof. Non-limiting preferred examples include polyurethanes used in Baker Hughes Incorporated's GeoFORM conformable sand management system.

本発明を制限しない態様によると、形状記憶ポリマーは基材ポリマー、例えばポリウレタンを含有している。形状記憶ポリマーは、該ポリマーがポリウレタンであるときには、連続気泡フォーム又は中実な固体である。連続気泡フォームとは異なり、中実な固体は実質的に孔がなく、及び/又は該固体を通っての流体流通を可能にする相互に接続された構造を実質的に有していない。一般に、ポリウレタンはジイソシアネート又はポリイソシアネートとジヒドロキシ化合物又はポリヒドロキシ化合物(ジオール又はポリオールと称されることもある。)との縮合物である。鎖延長剤(例えば、ジアミン又はポリアミンを基材とする鎖延長剤)を、代替物として又はジオールに加えて、ジオールの投入量の一部の代わりに含有させてポリウレタンを形成してもよい。ジオール、ポリオール、ジイソシアネート、ポリイソシアネート、鎖延長剤、及び反応してポリウレタンを形成する他の化合物を反応性モノマーと総称する。   According to a non-limiting embodiment, the shape memory polymer contains a base polymer, such as polyurethane. The shape memory polymer is an open cell foam or a solid solid when the polymer is polyurethane. Unlike open cell foam, solid solids are substantially free of pores and / or substantially free of interconnected structures that allow fluid flow through the solid. Generally, polyurethane is a condensate of diisocyanate or polyisocyanate and dihydroxy compound or polyhydroxy compound (sometimes referred to as diol or polyol). Chain extenders (eg, chain extenders based on diamines or polyamines) may be included as an alternative or in addition to the diol instead of part of the diol charge to form the polyurethane. Diols, polyols, diisocyanates, polyisocyanates, chain extenders, and other compounds that react to form polyurethanes are collectively referred to as reactive monomers.

ジヒドロキシ化合物及びポリヒドロキシ化合物としては、例えば、2〜30の炭素原子を有するジオール及びポリオールを挙げることができる。使用に適したジオールとしては、ジグリコール、トリグリコール、又は繰り返し単位がそれ以上のグリコール、即ちポリグリコールを含む、繰り返しアルキレンオキシ単位を有するオリゴマーグリコールを含むグリコールを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。好適なジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ヘキサンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、ポリ(エチレン−プロピレン)グリコールのようなオリゴマーグリコール及びポリマーグリコール等を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。前記ジヒドロキシ化合物の内の少なくとも一種を有する組み合わせも使用することができる。   Examples of dihydroxy compounds and polyhydroxy compounds include diols and polyols having 2 to 30 carbon atoms. Diols suitable for use may include, but are not necessarily limited to, diglycols, triglycols, or glycols containing repeating alkyleneoxy units, including glycols with higher repeating units, ie polyglycols. It is not limited. Suitable diols include ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, bishydroxymethylcyclohexane, neopentyl glycol, diethylene glycol, hexanediol, dipropylene glycol, tripropylene Examples include glycol, polypropylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, and oligomer glycol and polymer glycol such as poly (ethylene-propylene) glycol. It is not limited to these. Combinations having at least one of the dihydroxy compounds can also be used.

好適なポリオールとしては、例えば、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、及びイソシアヌル酸トリス(2-ヒドロキシエチル)等のトリオール、ジペンタエリスリトール等のテトラオール、並びにイノシトール、ミオイノシトール、及びソルビトール等の糖アルコールを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。前記ポリヒドロキシ化合物の内の少なくとも一種を有する組み合わせも使用することができる。   Suitable polyols include, for example, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, triols such as tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate, tetraols such as dipentaerythritol, and sugars such as inositol, myoinositol, and sorbitol. Although alcohol can be mentioned, it is not necessarily limited to these. Combinations having at least one of the polyhydroxy compounds can also be used.

ポリウレタンは、通常、ジイソシアネートとジオールとの縮合によって製造することができる。繰り返し単位1つに対して少なくとも2個のウレタン分子部分を有している脂肪族ポリウレタンを使用することができ、この脂肪族ポリウレタンを製造するのに使用されるジイソシアネートとジオールとは、同じであっても異なっていてもよい二価の脂肪族基を有している。二価の脂肪族単位は、C2〜C30、特にC3〜C25、より好適にはC4〜C20のアルキレン基であればよく、直鎖アルキレン、分岐鎖アルキレン、シクロアルキレン、及びオキシアルキレン(ポリエーテルアルキレンを含む)のようなヘテロアルキレン等を含むことができる。好適な脂肪族ジラジカル基としては、エチレン、1,2-プロピレン及び1.3-プロピレン、1,2-ブチレン、1,3-ブチレン、及び1.4-ブチレン、1,5-ペンタメチレン、1,3-(2,2-ジメチル)プロピレン、1,6-ヘキサメチレン、1,8-オクタメチレン、1,5-(2,2,4-トリメチル)ペンチレン、1,9-ノナメチレン、1,6-(2,2,4-トリメチル)へキシレン、1,2-, 1,3-, 及び1,4-シクロへキシレン、1,4-ジメチレンシクロヘキサン、1,11-ウンデカメチレン、並びに1,12-ドデカメチレン等を挙げることができるが、これらに限定されない。   Polyurethane can usually be produced by condensation of diisocyanate and diol. Aliphatic polyurethanes having at least two urethane molecular moieties per repeat unit can be used, and the diisocyanate and diol used to make the aliphatic polyurethane are the same. Or a divalent aliphatic group which may be different. The divalent aliphatic unit may be a C2 to C30, particularly C3 to C25, more preferably a C4 to C20 alkylene group, and may be a linear alkylene, branched alkylene, cycloalkylene, and oxyalkylene (polyether alkylene). A heteroalkylene and the like. Suitable aliphatic diradical groups include ethylene, 1,2-propylene and 1.3-propylene, 1,2-butylene, 1,3-butylene, and 1.4-butylene, 1,5-pentamethylene, 1,3- ( 2,2-dimethyl) propylene, 1,6-hexamethylene, 1,8-octamethylene, 1,5- (2,2,4-trimethyl) pentylene, 1,9-nonamethylene, 1,6- (2, 2,4-trimethyl) hexylene, 1,2-, 1,3-, and 1,4-cyclohexylene, 1,4-dimethylenecyclohexane, 1,11-undecamethylene, and 1,12-dodeca Although methylene etc. can be mentioned, it is not limited to these.

ポリウレタンを製造するのにモノマーのジイソシアネートを用いることができる。ジイソシアネート成分としては、C4〜20の脂肪族ジイソシアネート又はC4〜20の芳香族ジイソシアネートを挙げることができる。好適な脂肪族ジイソシアネートとしては、イソフォロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート、1,4-テトラメチレンジイソシアネート、1,5-ペンタメチレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、1,7-ヘプタメチレンジイソシアネート、1,8-オクタメチレンジイソシアネート、1,9-ノナメチレンジイソシアネート、1,10-デカメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチル-1,5-ペンタメチレンジイソシアネート、2,2’-ジメチル-1,5-ペンタメチレンジイソシアネート、3-メトキシ-1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、3-ブトキシ-1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、ω,ω’-ジプロピルエーテルジイソシアネート、1,4-シクロヘキシルジイソシアネート、1,3-シクロヘキシルジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、及び前記化合物の少なくとも1つを含む組み合わせを挙げることができる。   Monomeric diisocyanates can be used to produce polyurethanes. Examples of the diisocyanate component include C4-20 aliphatic diisocyanate or C4-20 aromatic diisocyanate. Suitable aliphatic diisocyanates include isophorone diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4′-diisocyanate, 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,5-pentamethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 1,7- Heptamethylene diisocyanate, 1,8-octamethylene diisocyanate, 1,9-nonamethylene diisocyanate, 1,10-decamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethyl-1,5-pentamethylene diisocyanate, 2,2'-dimethyl -1,5-pentamethylene diisocyanate, 3-methoxy-1,6-hexamethylene diisocyanate, 3-butoxy-1,6-hexamethylene diisocyanate, ω, ω'-dipropyl ether diisocyanate, 1,4-cyclohexyl diisocyanate, 1,3-cyclohexyl diisocyanate, trimethylhexa Mention may be made of a combination comprising methylene diisocyanate and at least one of the aforementioned compounds.

好適な芳香族ポリイソシアネートとしては、トルエンジイソシアネート、メチレンビス-フェニルイソシアネート(ジフェニルメタンジイソシアネート)、メチレンビス-シクロヘキシルイソシアネート(水素化MDI)、及びナフタレンジイソシアネート等を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。   Suitable aromatic polyisocyanates include, but are not necessarily limited to, toluene diisocyanate, methylene bis-phenyl isocyanate (diphenylmethane diisocyanate), methylene bis-cyclohexyl isocyanate (hydrogenated MDI), and naphthalene diisocyanate.

ポリマージイソシアネート又はオリゴマージイソシアネートは、併せて又は択一的にポリウレタン又はウレタン結合若しくは尿素結合共重合体を製造するのに使用することができる。ポリマージイソシアネートに対応する好適なオリゴマー又はポリマー鎖としては、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、及びポリエステルカーボネート等を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。本発明を限定しない一態様においては、ポリイソシアネートは、末端にイソシアネート基を有するポリマー鎖等のポリマーポリイソシアネートである。好適に使用することのできるポリイソシアネートとしては、ポリ乳酸を含むポリ脂肪族エステル、フタレートとビスフェノールA及びジヒドロキシベンゼン等のようなフェノールとの共重合体を含むポリアリール化エステル、並びにエチレンテレフタレート及びブチレンテレフタレート等のようなポリ(脂肪族−芳香族)エステルを基材とするものを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。   Polymeric or oligomeric diisocyanates can be used together or alternatively to produce polyurethane or urethane or urea-bonded copolymers. Suitable oligomers or polymer chains corresponding to the polymer diisocyanate can include, but are not necessarily limited to, polyurethanes, polyethers, polyesters, polycarbonates, and polyester carbonates. In one non-limiting embodiment, the polyisocyanate is a polymer polyisocyanate such as a polymer chain having an isocyanate group at the end. Examples of polyisocyanates that can be suitably used include polyaliphatic esters including polylactic acid, polyarylated esters including copolymers of phthalate and phenols such as bisphenol A and dihydroxybenzene, and ethylene terephthalate and butylene terephthalate. And the like based on poly (aliphatic-aromatic) esters such as, but not necessarily limited to.

使用に適した種類のポリ脂肪族エステルを基材とするジイソシアネートは、ポリブチロラクトン及びポリカプロラクトン等のようなポリラクトンを基材としている。これらのポリエステルを基材とする好適なポリエステル−ジイソシアネートとしては、ケムチュラ(Chemtura)から入手することのできる、p-フェニレンジイソシアネート(PPDI)-末端ポリカプロラクトンプレポリマーであるADIPRENE(R) LFP 2950A 及び PP 1096を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。   Diisocyanates based on polyaliphatic esters of the type suitable for use are based on polylactones such as polybutyrolactone and polycaprolactone. Suitable polyester-diisocyanates based on these polyesters include ADIPRENE® LFP 2950A and PP, which are p-phenylene diisocyanate (PPDI) -terminated polycaprolactone prepolymers available from Chemtura. 1096 can be mentioned, but the present invention is not necessarily limited thereto.

ジヒドロキシ化合物に代えて又は追加して、鎖延長剤と称されることもあるジアミンでジイソシアネートを縮合してもよい。ジイソシアネートとジヒドロキシ化合物との縮合反応はポリマー主鎖にウレタン結合を生成するが、ジイソシアネートとジアミンとの縮合反応はポリマー主鎖に尿素結合を生成することが理解される。好適な鎖延長剤としてはC4〜C30ジアミンを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。ジアミンは脂肪族ジアミンでも芳香族ジアミンでもよい。具体例においては、使用に適したジアミンとしては、4,4’-ビス(アミノフェニル)メタン、3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(4,4’-メチレンビス(o-クロロアニリン)とも称され、MOCAと略される。)、及びジメチルスルフィドトルエンジアミン(DADMT)等の芳香族ジアミンを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。   In place of or in addition to the dihydroxy compound, the diisocyanate may be condensed with a diamine that may be referred to as a chain extender. It is understood that the condensation reaction between the diisocyanate and the dihydroxy compound generates a urethane bond in the polymer main chain, while the condensation reaction between the diisocyanate and the diamine generates a urea bond in the polymer main chain. Suitable chain extenders include, but are not necessarily limited to, C4-C30 diamines. The diamine may be an aliphatic diamine or an aromatic diamine. In a specific example, diamines suitable for use include 4,4′-bis (aminophenyl) methane, 3,3′-dichloro-4,4′-diaminodiphenylmethane (4,4′-methylenebis (o-chloro) Aniline) and abbreviated as MOCA.), And aromatic diamines such as dimethyl sulfide toluenediamine (DADMT), but are not necessarily limited thereto.

本発明を制限しない他の態様においては、ポリウレタンを基材ポリマーとして有する連続気泡フォームが、例えば、ジイソシアネートとここに記載のジオールとの組み合わせによって形成される。連続気泡フォームを成す孔を形成するために、発泡剤を含有させてもよい。一態様によると、水等の発泡剤をジオールと共に含有させると、ジイソシアネートが当該水及びジオールと結び付くときに、ジイソシアネートと水との反応から二酸化炭素が発生し、これによって発泡構造体が得られる。或いは、その他の化学的発泡剤又は物理的発泡剤によって泡を形成することもできる。発泡剤の例としては、ハイドロクロロフルオロカーボン(例えば、塩化メチル、テトラフルオロエチレン、ペンタフルオロプロパン、ヘプタフルオロプロパン、ペンタフルオロブタン、ヘキサフルオロブタン、及びジクロロモノフルオロエタン)、炭化水素(例えば、ペンタン、イソペンタン、及びシクロペンタン)、二酸化炭素、アセトン並びに水を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。   In other embodiments that do not limit the present invention, an open cell foam having polyurethane as a base polymer is formed, for example, by a combination of diisocyanates and the diols described herein. A foaming agent may be included to form pores forming an open cell foam. According to one embodiment, when a foaming agent such as water is contained together with a diol, carbon dioxide is generated from the reaction of the diisocyanate and water when the diisocyanate is combined with the water and the diol, thereby obtaining a foam structure. Alternatively, the foam can be formed by other chemical or physical blowing agents. Examples of blowing agents include hydrochlorofluorocarbons (eg, methyl chloride, tetrafluoroethylene, pentafluoropropane, heptafluoropropane, pentafluorobutane, hexafluorobutane, and dichloromonofluoroethane), hydrocarbons (eg, pentane, Isopentane and cyclopentane), carbon dioxide, acetone and water, but are not necessarily limited thereto.

本発明を制限しない更なる様態においては、前記成分を真空チャンバに入れ、形成するポリウレタンの内圧よりも低い圧力に減圧することによってポリマー材料からガスを放出させることによって、連続気泡フォーム用の孔を形成することができる。   In a further embodiment that does not limit the present invention, the pores for the open cell foam are opened by letting the components enter a vacuum chamber and letting the gas out of the polymer material by reducing the pressure to a pressure lower than the internal pressure of the polyurethane to be formed. Can be formed.

気泡の密度は、添加する水又は発泡剤の量によって制御することができる。水の量は、ジオール(又はポリオール)の重量に基づいて、約0.5重量パーセント(wt%)〜これとは独立に約5.0 wt%、或いは約0.5 wt%〜これとは独立に約4.0 wt%、本発明を制限しない他の態様においてはさらに、約0.5 wt%〜これとは独立に約3.0 wt%とすることができる。ここにおいて、数値範囲と共に使用されている「これとは独立に」という用語は、前記上限値のあらゆるものと共にあらゆる好適な下限値を用いて、他の好適な代替範囲を形成してもよいことを意味していることを理解されたい。先の態様の代わりに、又は先の態様に加えて、物理的発泡剤を、ジオール(又はポリオール)とジイソシアネート(又はポリイソシアネート)とを合わせた重量に基づいて、約0.5 wt%〜これとは独立に約15wt%、或いは約0.5 wt%〜これとは独立に約10wt%の量で使用することができる。本発明を限定しない他の態様においては、二酸化炭素等の物理的発泡剤を、発泡剤としての水と組み合わせて使用することができる。   The density of the bubbles can be controlled by the amount of water or blowing agent added. The amount of water, based on the weight of the diol (or polyol), is about 0.5 weight percent (wt%) to about 5.0 wt% independently, or about 0.5 wt% to about 4.0 wt% independently In other embodiments, which do not limit the present invention, it can further be about 0.5 wt% to about 3.0 wt% independently. Here, the term “independently” used in conjunction with a numerical range may use any suitable lower limit with any of the above upper limits to form other suitable alternative ranges. Please understand that it means. Instead of, or in addition to, the previous embodiment, the physical blowing agent is about 0.5 wt% to about 0.5 wt% based on the combined weight of the diol (or polyol) and diisocyanate (or polyisocyanate). It can be used independently in an amount of about 15 wt%, alternatively about 0.5 wt% to independently about 10 wt%. In another embodiment that does not limit the present invention, a physical blowing agent such as carbon dioxide can be used in combination with water as the blowing agent.

本発明を制限しない他の様態によると、反応性モノマーを含有する組成物を一定時間(例えば、約20秒)混合してから型に入れてもよく、該型の上に上部金属板を載せることによってその型をすぐに閉じる。気泡形成工程で大きな圧力が発生するので、上部金属板と型とを一緒に保持して型から発泡材が漏れ出るのを防ぐために留め金を用いることができる。約2時間後、ポリウレタン発泡材は、型から取り外せる程度に、即ち、脱型できる程度に十分に硬化している。脱型の前に、型をポリマーのガラス転移温度よりも低い温度になるように冷却して形状を固定することができる。その後、一具体的態様においては、ポリウレタン発泡材を約100℃の温度で約6時間ポストキュア処理し、ポリウレタン発泡材がその最大強度に達するようにすることができる。一度脱型されると、当該材料は原形状を有する形状記憶ポリマーである。   According to another embodiment that does not limit the present invention, the composition containing the reactive monomer may be mixed for a certain period of time (eg, about 20 seconds) and then placed in a mold, and an upper metal plate is placed on the mold. Close the mold immediately. Since a large pressure is generated in the bubble forming process, a clasp can be used to hold the upper metal plate and the mold together and prevent the foam from leaking out of the mold. After about 2 hours, the polyurethane foam is sufficiently cured to be removable from the mold, ie, demoldable. Prior to demolding, the shape can be fixed by cooling the mold to a temperature below the glass transition temperature of the polymer. Thereafter, in one embodiment, the polyurethane foam can be post-cured at a temperature of about 100 ° C. for about 6 hours so that the polyurethane foam reaches its maximum strength. Once demolded, the material is a shape memory polymer having an original shape.

これら特定のポリウレタンフォーム又はポリウレタンエラストマーについてのさらに詳細な事項は米国特許第7,926,565号に見出すことができる。ポリウレタン形状記憶材料についての他の詳細な事項は、ベイカー・ヒューズ・インコーポレイテッドに譲渡された米国特許第7,318,481号、第7,828,055号、及び第8,353,346号に記載されている。   More details about these specific polyurethane foams or polyurethane elastomers can be found in US Pat. No. 7,926,565. Other details regarding polyurethane shape memory materials are described in US Pat. Nos. 7,318,481, 7,828,055, and 8,353,346, assigned to Baker Hughes, Inc.

ポリウレタンフォーム材料は、ポリウレタンの外表面に「表皮」層を有していてもよい。表皮は、反応性モノマーを含有する混合物が型の表面に接触したときに形成された固体ポリウレタンの層である。表皮の厚さは、混合物に添加された水の濃度に依存する。過剰量の水は表皮の厚さを減少させ、水の量が不十分であると表皮の厚さが増す。表皮の形成は、混合物におけるイソシアネートと型の表面に付着している水分との反応によると考えられている。したがって、表皮を除去するために、追加的な機械的変換プロセスを用いることができる。帯鋸、マイター鋸、弓鋸、及び熱フィラメント線などの道具を表皮の除去に使用することができる。ポリウレタンフォーム材料から表皮を除去すると、ポリウレタンフォームは完全な連続気泡フォーム構造を有することになり、弾性に優れ、非常に良い引き裂き強度を有している。ポリウレタンが、取り除く必要のある外側表皮を有している場合は、表皮の除去による材料の損失も考慮して、型を十分な大きさのサイズのものにすることができる。   The polyurethane foam material may have a “skin” layer on the outer surface of the polyurethane. The epidermis is a layer of solid polyurethane formed when a mixture containing reactive monomers contacts the mold surface. The thickness of the epidermis depends on the concentration of water added to the mixture. Excessive water decreases the thickness of the epidermis, and an insufficient amount of water increases the thickness of the epidermis. The formation of the epidermis is believed to be due to the reaction between the isocyanate in the mixture and the moisture adhering to the mold surface. Thus, an additional mechanical conversion process can be used to remove the epidermis. Tools such as band saws, miter saws, bow saws, and hot filament wires can be used to remove the skin. When the skin is removed from the polyurethane foam material, the polyurethane foam will have a complete open-cell foam structure, excellent elasticity, and very good tear strength. If the polyurethane has an outer skin that needs to be removed, the mold can be of a sufficiently large size to account for material loss due to removal of the skin.

連続気泡フォームの代替物として、ポリウレタンは、連続気泡フォームに特徴的な、気泡同士を相互に連結する孔を有さない中実な固体であってもよい。ここで、例えば、発泡剤を使用することなく反応性モノマーを組み合わせることができ、反応成分を型に入れて処理し、次いで上記のように脱型して中実な固体の原形状態にある形状記憶ポリマーを製造することもできる。   As an alternative to open cell foam, the polyurethane may be a solid solid that does not have pores interconnecting the cells that are characteristic of open cell foam. Here, for example, reactive monomers can be combined without using a foaming agent, the reaction components are put into a mold, processed, and then demolded as described above to form a solid solid in its original state. Memory polymers can also be produced.

脱型した後の形状記憶ポリマーは原形状を有しているだけではなく、原ガラス転移温度(Tg)も有しており、これは材料の物理的特徴である。本発明を限定しない態様によると、ポリウレタン形状記憶ポリマーがその原形状態で一度脱型されると、形状記憶ポリマーを再成形して変形した形状又は圧縮した形状にするためには、形状記憶ポリマーをそのTgよりも高い温度又はTgに近い温度にまで加熱して変形又は圧縮ストレスを該形状記憶ポリマーに与えればよい。然る後に、変形ストレスを形状記憶ポリマーに掛けた状態で、そのTgよりも低い温度に形状記憶ポリマーを冷却すればよい。形状記憶ポリマーのTgより低い温度まで冷却すると、該ポリマーは変形ストレスを取り除いても変形した形状に固定される。元の形状に戻すためには、形状記憶ポリマーを再びTgよりも高い温度又はTgに近い温度にまで加熱すればよい。   The shape memory polymer after demolding not only has the original shape but also the original glass transition temperature (Tg), which is a physical characteristic of the material. According to a non-limiting embodiment, once the polyurethane shape memory polymer is demolded in its original form, the shape memory polymer can be reshaped to form a deformed or compressed shape. The shape memory polymer may be subjected to deformation or compression stress by heating to a temperature higher than Tg or close to Tg. Thereafter, the shape memory polymer may be cooled to a temperature lower than its Tg in a state where deformation stress is applied to the shape memory polymer. When cooled to a temperature below the Tg of the shape memory polymer, the polymer is fixed in a deformed shape even when the deformation stress is removed. In order to return to the original shape, the shape memory polymer may be heated again to a temperature higher than Tg or a temperature close to Tg.

形状記憶ポリマーを加熱して形状回復する方法に代って、形状記憶ポリマーを展開する方法は、変形した形状記憶ポリマーを第一温度(形状記憶ポリマーは第一ガラス転移温度を有しており、当該温度は前記第一温度よりも高い。)である環境に配置し、前記形状記憶ポリマーのガラス転移温度を前記第一ガラス転移温度から、該第一ガラス転移温度よりも低いか又は等しい第二ガラス転移温度に低下させ、形状記憶ポリマーを拡張させて該ポリマーを展開した形状に広げることを含む。本発明を制限しない一態様においては、形状記憶ポリマーはポリウレタンであってもよい。さらに、形状記憶ポリマーは連続気泡フォームであってもよいし、中実な固体であってもよい。形状記憶ポリマーのガラス転移温度を低下させることは、形状記憶ポリマーを活性化流体に接触させることを含む。   Instead of heating the shape memory polymer and recovering the shape, the method of developing the shape memory polymer is to use a deformed shape memory polymer at a first temperature (the shape memory polymer has a first glass transition temperature, The temperature is higher than the first temperature.) And the glass transition temperature of the shape memory polymer is lower than or equal to the first glass transition temperature from the first glass transition temperature. Lowering to the glass transition temperature and expanding the shape memory polymer to expand the polymer into a developed shape. In one non-limiting embodiment, the shape memory polymer may be a polyurethane. Further, the shape memory polymer may be an open cell foam or a solid solid. Lowering the glass transition temperature of the shape memory polymer includes contacting the shape memory polymer with the activation fluid.

ガラス転移温度は形状記憶ポリマーの物理的性質であり、成分であるポリウレタンの鎖の相互作用に一部依存する。ポリウレタンのポリマー鎖内での強い相互作用によってガラス転移温度が高くなる。これに対して、ポリウレタンのポリマー鎖とポリマー鎖との相互作用が弱いと、ガラス転移温度が低くなる。相互作用の内の凝集力がポリウレタンのガラス転移温度を定めていることを理解されたい。したがって、反応性モノマーがポリマーマトリックスの一部になるので、反応性モノマーの選択がガラス転移温度に影響する。ポリウレタンのガラス転移温度は約90℃〜これとは独立に約170℃であり、或いは約95℃〜これとは独立に約160℃であり、また、本発明を限定しない他の態様においては、約100℃〜これとは独立に約150℃である。後ほど記載するが、ポリウレタンのガラス転移温度は、活性化流体との接触によって低下させることができ、その結果、約5℃〜これとは独立に約70℃、或いは約10℃〜これとは独立に約60℃の範囲でガラス転移温度を下げることができる。ガラス転移温度の低下は一時的なものであり、ポリウレタン鎖中に活性化流体が存在する間は継続する。さらに、ポリウレタンで作られた形状記憶ポリマーは、ポリウレタンと実質的に同じガラス転移温度と低下したガラス転移温度とを有していることを認識されたい。   The glass transition temperature is a physical property of the shape memory polymer and depends in part on the interaction of the constituent polyurethane chains. The glass transition temperature is increased by the strong interaction in the polymer chain of the polyurethane. On the other hand, when the interaction between the polymer chain of the polyurethane and the polymer chain is weak, the glass transition temperature is lowered. It should be understood that the cohesive force of the interaction determines the glass transition temperature of the polyurethane. Thus, since the reactive monomer becomes part of the polymer matrix, the selection of the reactive monomer affects the glass transition temperature. The glass transition temperature of the polyurethane is from about 90 ° C. to about 170 ° C. independently, or from about 95 ° C. to about 160 ° C. independently, and in other embodiments not limiting the present invention, About 100 ° C. to about 150 ° C. independently. As will be described later, the glass transition temperature of polyurethane can be lowered by contact with the activating fluid, resulting in about 5 ° C. to about 70 ° C. independent of this, or about 10 ° C. to independent of this. Further, the glass transition temperature can be lowered in the range of about 60 ° C. The decrease in glass transition temperature is temporary and continues as long as the activating fluid is present in the polyurethane chain. Furthermore, it should be appreciated that shape memory polymers made of polyurethane have substantially the same glass transition temperature and reduced glass transition temperature as polyurethane.

一態様によると、形状記憶ポリマーを該形状記憶ポリマーのガラス転移温度を低下させる活性化流体と接触させることができる。活性化流体としては、塩水、溶液、及びアルコールを挙げることができる。これに追加して、活性化流体は、任意に界面活性剤を含むことができる。   According to one aspect, the shape memory polymer can be contacted with an activating fluid that reduces the glass transition temperature of the shape memory polymer. The activating fluid can include salt water, solution, and alcohol. In addition, the activation fluid can optionally include a surfactant.

より具体的には、活性化流体としては、水、アルコール、グリコール、アルデヒド、アミド、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、ケトン、ジカーボネート、トリカーボネート、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。これらの成分のいずれか1つをそれ自身で使用することができる。即ち、活性化流体は、塩水、ここに列挙されている活性化流体、又は溶剤(100%)の全てを含むことが許容されるが、これら3つの成分全てを含有させる必要はない。   More specifically, the activating fluid can include water, alcohol, glycol, aldehyde, amide, amine, carboxylic acid, ester, ether, ketone, dicarbonate, tricarbonate, and combinations thereof. Any one of these components can be used by itself. That is, the activation fluid is allowed to contain all of the brine, the activation fluids listed herein, or the solvent (100%), but need not contain all three components.

ここに規定されているように、水は塩水を含んでいてもよい。水又は塩水を単独で使用することができる。塩水は、前記組成物に含有させることができ、活性化流体の濃度を変更すると共に、形状記憶ポリマーにおける活性化流体の拡散速度を遅くすることができる。塩水としては、例えば、海水、随伴水、仕上げ用塩水、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。塩水の特性は、当該塩水の固有性と成分とに依存する。一例として海水は、ハロゲン化物含有塩に加えて、硫酸塩、ヨウ素及び微量の金属などの数多くの成分を含有している。その一方で、随伴水は、地下から産出される産出貯留層(例えば、炭化水素貯留層)から抜き取られた水でもよい。随伴水は貯留層ブライン(reservoir brine)とも称され、バリウム、ストロンチウム、及び重金属並びにハロゲン塩等の多数の成分を含有していることが多い。自然発生する塩水(海水及び随伴水)に加えて、NaCl、CaCl2、又はKCl等の様々な塩を添加して塩水の密度を10.6ポンド/CaCl2塩水1ガロンの値まで増加させることによって淡水から仕上げ用塩水を合成することもできる。仕上げ用塩水はダウンホールの貯留層圧力に対抗するように最適化された静水圧を与えることができる。追加の塩を含むように前記塩水を変更してもよい。一態様において、塩水に含有される追加の塩は、NaCl、KCl、NaBr、MgCl2、CaCl2、CaBr2、ZnBr2、NH4Cl、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、及びギ酸セシウム等である。このような塩は、塩水の重量に基づいて、約0.5 wt%〜これとは独立に約50 wt%、或いは約1 wt%〜これとは独立に約40 wt%、また、本発明を限定しない他の態様においては、約1 wt%〜これとは独立に約25 wt%の量で塩水中に存在していてもよい。塩水は、通常、流体の密度を増加させるか、化学物質の濃度を低下させるかのいずれかのために、形状記憶ポリマーを損なわないように添加される。 As defined herein, the water may include salt water. Water or salt water can be used alone. Brine can be included in the composition to change the concentration of the activation fluid and slow the diffusion rate of the activation fluid in the shape memory polymer. Examples of salt water include seawater, associated water, finishing salt water, or a combination thereof. The characteristics of salt water depend on the uniqueness and components of the salt water. As an example, seawater contains a number of components such as sulfate, iodine and trace metals in addition to halide-containing salts. On the other hand, the accompanying water may be water extracted from a production reservoir (for example, a hydrocarbon reservoir) produced from the underground. Accompanying water, also called reservoir brine, often contains a number of components such as barium, strontium, and heavy metals and halogen salts. In addition to naturally occurring salt water (seawater and associated water), fresh water by adding various salts such as NaCl, CaCl 2 , or KCl to increase the density of salt water to a value of 10.6 lbs / CaCl 2 salt water It is also possible to synthesize finishing brine. The finishing brine can provide a hydrostatic pressure optimized to counter the reservoir pressure in the downhole. The brine may be modified to include additional salt. In one embodiment, the additional salt to be contained in the brine are NaCl, KCl, NaBr, MgCl 2 , CaCl 2, CaBr 2, ZnBr 2, NH 4 Cl, sodium formate, potassium formate, and cesium formate acid. Such salts may be from about 0.5 wt% to about 50 wt% independently, or from about 1 wt% to about 40 wt% independently, based on the weight of the brine, and may limit the invention In other embodiments not, it may be present in the saline in an amount of about 1 wt% to about 25 wt% independently. Brine is usually added so as not to damage the shape memory polymer, either to increase the density of the fluid or to reduce the concentration of chemicals.

活性化流体は、塩水に代えて、又は塩水に加えて、溶剤を含有していてもよく、この溶剤は、二種以上の液体と混和可能であるので、相互溶剤とも称される。特に、相互溶剤は、疎水性液体と親水性液体とに可溶であり、例えば、炭化水素流体と水溶液とに可溶である。   The activation fluid may contain a solvent instead of or in addition to the salt water, which is also referred to as a mutual solvent because it is miscible with two or more liquids. In particular, the mutual solvent is soluble in a hydrophobic liquid and a hydrophilic liquid, for example, soluble in a hydrocarbon fluid and an aqueous solution.

より具体的には、使用に適したケトンとしては、2-ブタノン、2-ペンタノン、3-ペンタノン、アセトン、ヒドロキシアセトン、4-ヒドロキシ-2-ブタノン、1-ヒドロキシ-2-ブタノン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、及びこれらの組み合わせを挙げることができるが、それらに限定されることはない。使用に適したカルボン酸としては、ジカルボン酸及び/又はトリカルボン酸を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。使用に適したジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸及び/又はセバシン酸を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。   More specifically, ketones suitable for use include 2-butanone, 2-pentanone, 3-pentanone, acetone, hydroxyacetone, 4-hydroxy-2-butanone, 1-hydroxy-2-butanone, acetylacetone, methyl ethyl ketone. , And combinations thereof, but are not limited thereto. Suitable carboxylic acids for use can include, but are not necessarily limited to, dicarboxylic acids and / or tricarboxylic acids. Suitable dicarboxylic acids for use include, but are not necessarily limited to, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid and / or sebacic acid.

使用に適した相互溶剤としては、式R1O(CH2CHR2O)nR3の置換又は非置換グリコール(但し、R1、R2、及びR3は独立に水素、アルキル基、アリール基及びアセチル基であり、nは約1〜約10である。)を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。本発明を制限しない他の態様においては、前記アルキル基、アリール基、及びアセチル基は1〜約6の炭素原子、或いは、1〜約4の炭素原子を有していればよく、本発明を制限しないまた別の態様においては1〜約2の炭素原子を有していてもよい。nは1〜約10、或いは1〜約6、別の本発明を限定しない態様においては1〜約3である。 Suitable mutual solvents for use include substituted or unsubstituted glycols of the formula R 1 O (CH 2 CHR 2 O) n R 3 where R 1 , R 2 and R 3 are independently hydrogen, alkyl groups, aryl And n is from about 1 to about 10), but is not necessarily limited thereto. In other embodiments not limiting the present invention, the alkyl group, aryl group, and acetyl group may have from 1 to about 6 carbon atoms, alternatively from 1 to about 4 carbon atoms. In another embodiment without limitation, it may have from 1 to about 2 carbon atoms. n is 1 to about 10, alternatively 1 to about 6, and in another non-limiting embodiment, 1 to about 3.

置換及び非置換グリコールの例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、へキシレングリコール、ジプロピレングリコール、ジエチレングルコール、トリプロピレングリコール、トリエチレングリコール、及びポリグリコール等のグリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル(EGMME)、エチレングリコールモノエチルエーテル(EGMEE)、エチレングリコールモノプロピルエーテル(EGMPE)、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル(EGMBE)、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(DEGMME)、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(DEGMEE)、ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル(DEGMBE)、及びジプロピレングリコールモノメチルエーテル(DPGMEE)等のグリコールエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル(EGDME)、エチレングリコールジエチルエーテル(EGDEE)、及びエチレングリコールジブチルエーテル(EGDBE)等のジアルキルエーテル、並びにエチレングリコールメチルエーテルアセテート(EGMEA)、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート(EGMEEA)、及びエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(EGMBEA)等のエステルを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。前記グリコールの少なくとも1つを含む組み合わせも使用することができる。   Examples of substituted and unsubstituted glycols include glycols such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, hexylene glycol, dipropylene glycol, diethylene glycol, tripropylene glycol, triethylene glycol, and polyglycol, ethylene glycol monomethyl ether (EGMME), ethylene glycol monoethyl ether (EGMEE), ethylene glycol monopropyl ether (EGMPE), ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether (EGMBE), ethylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol monobenzyl ether, diethylene glycol monomethyl Ether (DEGMME), diethylene glycol monoethyl ether (DEGMEE), diethylene Glycol ethers such as recall mono-n-butyl ether (DEGMBE) and dipropylene glycol monomethyl ether (DPGMEE), dialkyls such as ethylene glycol dimethyl ether (EGDME), ethylene glycol diethyl ether (EGDEE), and ethylene glycol dibutyl ether (EGDBE) Examples include ethers and esters such as ethylene glycol methyl ether acetate (EGMEA), ethylene glycol monoethyl ether acetate (EGMEEA), and ethylene glycol monobutyl ether acetate (EGMBEA), but are not necessarily limited thereto. Combinations comprising at least one of the glycols can also be used.

本発明を限定しない一態様において、溶剤はグリコールエーテルであってもよく、この場合、R1とR2とは共に水素であり、R3はメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、及びブチル基等のアルキル基であり、nは1である。別の態様においては、溶剤はエチレングリコールモノメチルエーテル(EGMME)、或いは、エチレングリコールモノブチルエーテル(EGMBE)である。このような溶剤は、例えば、ユニオン・カーバイド・コーポレイション(Union Carbide Corporation)から入手することができる。 In one non-limiting embodiment of the invention, the solvent may be a glycol ether, where R 1 and R 2 are both hydrogen, R 3 is a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, and An alkyl group such as a butyl group, and n is 1. In another embodiment, the solvent is ethylene glycol monomethyl ether (EGMME) or ethylene glycol monobutyl ether (EGMBE). Such solvents can be obtained, for example, from Union Carbide Corporation.

使用に適した他の溶剤としては、式R4CONR5R6で示されるアミド(但し、R4、R5、及びR6は独立にC1〜C5アルキル基、又はC1〜C5アルケニル基であり、R4〜R6の内のいずれか2つの置換基が結合環化して1-メチル-2-ピロリドンに含まれるような環を形成してもよい。)を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。アミド系溶剤の例としては、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、N,N-ジメチルプロピオンアミド、N,N-ジメチルブチルアミド、1-メチル-2-ピロリドン、及び1-エチル-2-ピロリドンを挙げることができるが、これらに限定されない。このようなアミドは、例えば、シグマ アルドリッチ社から市販されている。 Other solvents suitable for use include amides of the formula R 4 CONR 5 R 6 where R 4 , R 5 and R 6 are independently a C1-C5 alkyl group or a C1-C5 alkenyl group And any two substituents of R 4 to R 6 may be bonded to form a ring that is contained in 1-methyl-2-pyrrolidone. It is not limited to. Examples of amide solvents include N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethylpropionamide, N, N-dimethylbutyl Amides, 1-methyl-2-pyrrolidone, and 1-ethyl-2-pyrrolidone can be mentioned, but are not limited to these. Such amides are commercially available from, for example, Sigma Aldrich.

アルコールと塩水とがはっきりとわかる程度に混和可能である限り、溶剤は特に制限されず、前記溶剤のいずれか1つ、又は前記溶剤の少なくとも1つを含む組み合わせを用いることができる。   The solvent is not particularly limited as long as the alcohol and the salt water are clearly miscible, and any one of the solvents or a combination including at least one of the solvents can be used.

活性化流体は、追加的に、又は択一的にアルコールも含有することができる。アルコールは直鎖状であってもよく、又は、分岐していてもよい。一態様において、アルコールはC1〜C10アルコールであり、一価アルコール及び多価アルコールを含む。一価アルコールの例としては、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、2-ブタノール、イソブタノール、tert-ブタノール、n-ペンタノール、イソペンタノール、2-ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、イソオクタノール、シクロヘキサノール、2-メチル-1-ブタノール、2-メチル-1-ペンタノール、3-メチル-2-ブタノール、2-エチルヘキサノール、及びこれらの組み合わせを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。その他のアルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,2,4-ブタントリオール、グリセリン、及びエリスリトール等のようなジオール、トリオール、及びポリオールのような多価アルコールを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。前記アルコールの組み合わせも使用することができる。   The activation fluid can additionally or alternatively contain alcohol. The alcohol may be linear or branched. In one embodiment, the alcohol is a C1-C10 alcohol and includes monohydric alcohols and polyhydric alcohols. Examples of monohydric alcohols are methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol, tert-butanol, n-pentanol, isopentanol, 2-pentanol, hexanol, octanol , Isooctanol, cyclohexanol, 2-methyl-1-butanol, 2-methyl-1-pentanol, 3-methyl-2-butanol, 2-ethylhexanol, and combinations thereof. It is not limited to. Other alcohols include diols, triols, and polyols such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,2,4-butanetriol, glycerin, and erythritol. Such polyhydric alcohols can be mentioned, but are not necessarily limited thereto. Combinations of the alcohols can also be used.

活性化流体における塩水、溶剤、及び/又はアルコールの量は、ダウンホール環境の条件及び特徴と共に前記形状記憶ポリマーの所望量及び/又は拡散速度に依存する。前記活性化流体にアルコールが含まれていてもよく、その量は、活性化流体の重量に基づいて、約2重量パーセント(wt%)〜これとは独立に約98 wt%、或いは約10 wt%〜これとは独立に約90 wt%、本発明を限定しない一態様においては約30 wt%〜これとは独立に約70 wt%とすることができる。この組成物には溶剤が含まれていてもよく、その量は、活性化流体の重量に基づいて、約0.05 wt%〜これとは独立に約90 wt%、或いは、約0.1 wt%〜これとは独立に約50 wt%、本発明を限定しない他の態様においては、約1wt%〜約20 wt%である。繰り返すが、活性化流体は純粋であるか、記載されている使用可能成分100%で成っているのが好ましく、或いは水若しくは塩水、又は油、及び油系泥水、水系泥水、若しくはエマルジョン系泥水で希釈されただけのものが使用に適することを理解されたい。塩水が活性化流体に含まれていてもよく、その量は、活性化流体の重量に基づいて、約20 wt%〜これとは独立に約99 wt%、或いは約30 wt%〜これとは独立に約90 wt%、本発明を限定しない異なる態様においては約40 wt%〜約80 wt%とすることができる。   The amount of salt water, solvent, and / or alcohol in the activation fluid will depend on the desired amount and / or diffusion rate of the shape memory polymer as well as the conditions and characteristics of the downhole environment. The activation fluid may include alcohol, the amount of which is from about 2 weight percent (wt%) to about 98 wt%, or about 10 wt%, independently of the weight of the activation fluid. % To independently about 90 wt%, and in one non-limiting embodiment, from about 30 wt% to about 70 wt% independently. The composition may include a solvent, the amount of which is from about 0.05 wt% to about 90 wt% independently, or from about 0.1 wt% to this, based on the weight of the activation fluid. Independently, about 50 wt%, and in other embodiments not limiting the invention, about 1 wt% to about 20 wt%. Again, the activation fluid is preferably pure or made up of 100% of the listed usable ingredients, or water or salt water, or oil and oil-based, water-based, or emulsion-based mud. It should be understood that only diluted ones are suitable for use. Brine may be included in the activation fluid, and the amount is about 20 wt% to about 99 wt% independently, or about 30 wt% to about 30 wt%, based on the weight of the activation fluid. Independently, it can be about 90 wt%, and in a non-limiting embodiment, from about 40 wt% to about 80 wt%.

水及び塩水以外の他の希釈剤としては、水系泥水、油、油系泥水、エマルジョン系泥水を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。使用に適した油としては、ディーゼル液体燃料、LVT 200、ディーゼル油、LVT-200油、ポリオレフィン油、並びに合成及び天然パラフィンオイル等を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。   Examples of diluents other than water and salt water include, but are not necessarily limited to, water-based mud, oil, oil-based mud, and emulsion-based mud. Suitable oils for use include, but are not necessarily limited to, diesel liquid fuel, LVT 200, diesel oil, LVT-200 oil, polyolefin oil, and synthetic and natural paraffin oils.

本発明を限定しない一態様によると、活性化流体に溶剤とアルコールとして別々の化合物が含有されている。別の態様においては、活性化流体に溶剤とアルコールとして同一の化合物が含有されている。一具体例においては、活性化流体が塩水、EGMBE、及び/又はメタノールを含有する。より具体的には、活性化流体は、該活性化流体の密度に基づいて、約50体積パーセント(vol%)〜約99 vol%の塩水、約1 vol%〜約50 vol%のEGMBE、及び約1 vol%〜約25 vol%のメタノールを含有することができる。   According to one non-limiting aspect of the present invention, the activation fluid contains separate compounds as solvent and alcohol. In another embodiment, the activation fluid contains the same compound as the solvent and alcohol. In one embodiment, the activation fluid contains brine, EGMBE, and / or methanol. More specifically, the activation fluid is about 50 volume percent (vol%) to about 99 vol% brine, about 1 vol% to about 50 vol% EGMBE, and, based on the density of the activation fluid, and About 1 vol% to about 25 vol% methanol can be included.

塩水、溶剤、及び/又はアルコールは組成物として組み合わせてもよいし、個々の成分を活性化流体として別々に用いてもよい。或いは、これらの成分の内の2つを結び付け、得られた2成分組成物に3番目の成分を、活性化流体をダウンホールに導入するときなどに後から組み合わせてもよい。活性化流体の濃度は1ガロン当たり約8ポンド(ppg)〜これとは独立に約20 ppg(約0.96〜約2.4 kg/L)、或いは約9 ppg〜これとは独立に約16 ppg(約1.1〜約1.9 kg/L)であり、本発明を限定しない他の態様においては約10 ppg〜これとは独立に約15 ppg(約1.2〜約1.8 kg/L)である。   Brine, solvent, and / or alcohol may be combined as a composition, or individual components may be used separately as the activation fluid. Alternatively, two of these components may be combined and a third component may be combined later into the resulting two component composition, such as when the activation fluid is introduced into the downhole. The concentration of the activation fluid is about 8 pounds per gallon (ppg) to about 20 ppg independently (about 0.96 to about 2.4 kg / L), or about 9 ppg to about 16 ppg independently (about 1.1 to about 1.9 kg / L), and in other non-limiting embodiments from about 10 ppg to independently about 15 ppg (about 1.2 to about 1.8 kg / L).

理論に縛られることは望まないが、活性化流体は、可塑化処理によって形状記憶ポリマーの原ガラス転移温度を低下させると考えられている。活性化流体は、形状記憶ポリマーのポリウレタン鎖よりも小さい低分子量化合物を含んでおり、このため、活性化流体の成分がポリウレタンポリマー鎖の分子間に入り込んで、該ポリウレタンポリマー鎖と相互作用し、これによって、ポリマー鎖とポリマー鎖との間の凝集力を低下させることができる。結果として、鎖断片の可動性が高まることにより、ガラス転移温度が元の値より低下する。活性化流体が除去されたり、活性化流体の濃度が低下し始めたりすると、形状記憶ポリマーのTgは、活性化流体と接触する前の元の値へと増加してゆく。したがって、活性化流体が形状記憶ポリマーのTgに与える影響は一時的なものであると言うことができる。さらに、ガラス転移温度は(活性化流体と接触する前の)元の値に完全に戻ることはなく、ガラス転移温度の元の値よりもわずかに低い値となる。   While not wishing to be bound by theory, it is believed that the activating fluid reduces the original glass transition temperature of the shape memory polymer by plasticizing. The activation fluid contains a low molecular weight compound that is smaller than the polyurethane chain of the shape memory polymer, so that the components of the activation fluid penetrate between the molecules of the polyurethane polymer chain and interact with the polyurethane polymer chain, As a result, the cohesive force between the polymer chain and the polymer chain can be reduced. As a result, the mobility of the chain fragments is increased, so that the glass transition temperature is lowered from the original value. As the activation fluid is removed or the concentration of the activation fluid begins to decrease, the Tg of the shape memory polymer increases to its original value prior to contact with the activation fluid. Therefore, it can be said that the effect of the activation fluid on the Tg of the shape memory polymer is temporary. Furthermore, the glass transition temperature does not completely return to the original value (before contact with the activating fluid) and is slightly lower than the original value of the glass transition temperature.

図1は、ある形状記憶ポリマーについて、ガラス転移温度の経時変化を示している。この形状記憶ポリマーは、初め、温度が第一温度Tdである環境下にあり、時刻t0で変形した形状を有し、第一ガラス転移温度Tg1を有する。第一ガラス転移温度Tg1は、前記第一温度Tdより高い。即ち、Td<Tg1となっている。図1に関しては、若干の変動があるとは思われるものの、第一温度Tdは変化していないことを指摘しておく。時刻t1において、活性化流体が形状記憶ポリマーと接触し、ガラス転移温度が第一ガラス転移温度Tg1から低下し始め、形状記憶ポリマーのガラス転移温度が第二ガラス転移温度Tg2となる(時刻t2)まで低下する。ここで、Tg2<Td<Tg3である。ガラス転移温度が低下してTdより小さくなると、形状記憶ポリマーが作動し、その変形した形状から元の形状へと変化する。時刻t3で活性化流体が形状記憶ポリマーから除去され、ガラス転移温度が第二ガラス転移温度Tg2から第三ガラス転移温度T3に上昇し始める。ガラス転移温度がTdより大きくなると、形状記憶ポリマーに原形状が再び固定され始める。時刻t4以降においては、ガラス転移温度が第三ガラス転移温度Tg3に達しており、形状記憶ポリマーは原形状に固定された状態を維持する。図1に示されているように、第三ガラス転移温度Tg3は第一ガラス転移温度Tg1よりも低くなっている。一態様において、第三ガラス転移温度Tg3は第一ガラス転移温度Tg1よりも低いかそれと同じである。   FIG. 1 shows the time course of the glass transition temperature for a certain shape memory polymer. This shape memory polymer is initially in an environment where the temperature is the first temperature Td, has a shape deformed at time t0, and has a first glass transition temperature Tg1. The first glass transition temperature Tg1 is higher than the first temperature Td. That is, Td <Tg1. With respect to FIG. 1, it should be pointed out that the first temperature Td has not changed, although there may be some variation. At time t1, the activation fluid comes into contact with the shape memory polymer, the glass transition temperature starts to decrease from the first glass transition temperature Tg1, and the glass transition temperature of the shape memory polymer becomes the second glass transition temperature Tg2 (time t2). To fall. Here, Tg2 <Td <Tg3. When the glass transition temperature decreases and becomes smaller than Td, the shape memory polymer operates and changes from its deformed shape to the original shape. At time t3, the activation fluid is removed from the shape memory polymer, and the glass transition temperature starts to rise from the second glass transition temperature Tg2 to the third glass transition temperature T3. When the glass transition temperature becomes higher than Td, the original shape starts to be fixed again to the shape memory polymer. After time t4, the glass transition temperature has reached the third glass transition temperature Tg3, and the shape memory polymer remains in a fixed state in the original shape. As shown in FIG. 1, the third glass transition temperature Tg3 is lower than the first glass transition temperature Tg1. In one embodiment, the third glass transition temperature Tg3 is lower than or the same as the first glass transition temperature Tg1.

このように、ポリウレタン形状記憶ポリマーは、活性化流体と接触するとそのガラス転移温度を低下させることによって元の形状を回復することができる。したがって、形状記憶効果を熱的に活性化することを避けることができる。ここに記載した活性化流体による形状回復によると、ポリウレタン形状記憶ポリマーのガラス転移温度を大きく低下させることができる。変形した形状から元の形状へと変化させるために、形状記憶ポリマーをその本来のTgよりも高いかほぼ同じ温度にまで加熱する代わりに、活性化流体と接触させてポリウレタンのTgを低下させることによって、元の形状への形状回復を起こすことができる。   Thus, the polyurethane shape memory polymer can recover its original shape by reducing its glass transition temperature when contacted with an activating fluid. Therefore, thermal activation of the shape memory effect can be avoided. According to the shape recovery by the activated fluid described here, the glass transition temperature of the polyurethane shape memory polymer can be greatly reduced. Instead of heating the shape memory polymer to a temperature that is higher or nearly the same as its original Tg to change it from its deformed shape to its original shape, reducing the Tg of the polyurethane by contacting it with an activating fluid. Thus, the shape can be restored to the original shape.

一態様において、形状記憶ポリマーの第一ガラス転移温度は約80℃〜それとは独立に約160℃、或いは約90℃〜約150℃、そして本発明を限定しない別の一態様においては約100℃〜それとは独立に約150℃とすることができる。第二ガラス転移温度は約30℃〜それとは独立に約120℃であり、或いは、約35℃〜それとは独立に約110℃であり、そして本発明を限定しない別の一態様においては約40℃〜それとは独立に約100℃とすることができる。また、第二ガラス転移温度は約5℃〜それとは独立に約80℃第一ガラス転移温度よりも低く、或いは、約10℃〜それとは独立に約70℃第一ガラス転移温度よりも低く、そして本発明を限定しない別の一態様においては約10℃〜それとは独立に約60℃第一ガラス転移温度よりも低くしてもよい。第三ガラス転移温度は約60℃〜それとは独立に約160℃であり、或いは、約70℃〜それとは独立に約165℃であり、そして本発明を限定しない異なる一態様においては約80℃〜それとは独立に約150℃とすることができる。さらに、第一温度(即ち、形状記憶ポリマーが載置されている環境の温度)は約35℃〜それとは独立に約110℃であればよい。   In one embodiment, the first glass transition temperature of the shape memory polymer is from about 80 ° C. to independently about 160 ° C., alternatively from about 90 ° C. to about 150 ° C., and in another embodiment not limiting the invention, about 100 ° C. -It can be about 150 degreeC independently. The second glass transition temperature is from about 30 ° C. to about 120 ° C. independently, or from about 35 ° C. to about 110 ° C. independently, and in another embodiment not limiting the present invention, about 40 ° C. C. to about 100.degree. C. independently. In addition, the second glass transition temperature is about 5 ° C to independently about 80 ° C lower than the first glass transition temperature, or about 10 ° C to independently about 70 ° C lower than the first glass transition temperature, In another embodiment that does not limit the present invention, it may be about 10 ° C. to independently about 60 ° C. lower than the first glass transition temperature. The third glass transition temperature is from about 60 ° C. to about 160 ° C. independently, or from about 70 ° C. to about 165 ° C. independently, and in a different embodiment that does not limit the invention, about 80 ° C. -It can be about 150 degreeC independently. Furthermore, the first temperature (ie, the temperature of the environment in which the shape memory polymer is placed) may be about 35 ° C. to about 110 ° C. independently.

ここに記載されている形状記憶ポリマーは様々に異なる用途に用いることができ、ダウンホールでの使用によく適している。例えば、パッカー、砂ふり分け機、防噴装置要素、水中ポンプ電動機保護装置バッグ、センサ保護装置、サッカーロッドポンプ、Oリング、Tリング、ガスケット、サッカーロッドシール、ポンプシャフトシール、チューブシール、バルブシール、電気部品用シール、電気部品用絶縁材、ドリルモータ用シール、ドリルビット用シール、又は他のダウンホール要素としての使用に適した原形へと形状記憶ポリマーを最初に成型することができる。成型した物品をダウンホールに挿入する前に、この物品を形状記憶ポリマーのTgよりも高い温度で変形し、Tgよりも低い温度に冷却して当該物品を変形した形状に固定する。   The shape memory polymers described herein can be used in a variety of different applications and are well suited for use in downholes. For example, packer, sand sifting machine, anti-spray device element, submersible pump motor protection device bag, sensor protection device, soccer rod pump, O-ring, T-ring, gasket, soccer rod seal, pump shaft seal, tube seal, valve seal The shape memory polymer can first be molded into an original shape suitable for use as an electrical component seal, electrical component insulation, drill motor seal, drill bit seal, or other downhole element. Before the molded article is inserted into the downhole, the article is deformed at a temperature higher than the Tg of the shape memory polymer and cooled to a temperature lower than the Tg to fix the article in the deformed shape.

一態様において、形状記憶ポリマーをダウンホール環境で展開する方法は、変形した形状を有する形状記憶ポリマーを第一温度にあるダウンホール環境に配置することを含む。形状記憶ポリマーは、パッカー又は砂ふり分け機等のダウンホール要素であってもよい。この方法は、形状記憶ポリマーを活性化流体に接触させて、該形状記憶ポリマーのガラス転移温度を前記第一温度よりも低い温度に下げ、該形状記憶ポリマーを展開した形状に拡張し、活性化流体を除去してガラス転移温度を前記第一温度よりも高い温度へと上昇させ、また、前記形状記憶ポリマーを展開した形状で維持することをさらに含む。発明を限定しない一態様によると、前記活性化流体を除去することは、該活性化流体を生産流体で置換することを含み、該生産流体は、炭化水素、炭化水素含有流体、水性流体、又はこれらの少なくとも一種を含む組み合わせ等のダウンホール環境から生産される流体であってもよい。   In one aspect, a method for deploying a shape memory polymer in a downhole environment includes placing a shape memory polymer having a deformed shape in a downhole environment at a first temperature. The shape memory polymer may be a downhole element such as a packer or sand sieving machine. In this method, the shape memory polymer is brought into contact with an activating fluid, the glass transition temperature of the shape memory polymer is lowered to a temperature lower than the first temperature, and the shape memory polymer is expanded to an expanded shape and activated. The method further includes removing the fluid to raise the glass transition temperature to a temperature higher than the first temperature, and further maintaining the shape memory polymer in a deployed shape. According to one non-limiting aspect, removing the activation fluid includes replacing the activation fluid with a production fluid, the production fluid comprising a hydrocarbon, a hydrocarbon-containing fluid, an aqueous fluid, or It may be a fluid produced from a downhole environment such as a combination including at least one of these.

図2は、形状記憶ポリマー(SMP)、例えば、パッカーのダウンホールでの展開の進行を示している。ダウンホール環境(例えば、掘削孔)は温度Tdを有している。変形形状にある(外径がD2)SMPは時刻t0にダウンホール環境下に配置される。SMPは第一ガラス転移温度Tg1(>Td)有している。時刻t1において、活性化流体がSMPに接触し、ガラス転移温度がTg1から下がり始める。時刻t2において、SMPのガラス転移温度はTdにほぼ等しくなり、SMPは変形した形状から拡張し始める。即ち、SMPの外径がD2より大きい値に増大する。時刻t3には、ガラス転移温度は第一ガラス転移温度Tg1から第二ガラス転移温度Tg2に低下しており、SMPは拡張し続けている。時刻t4にはダウンホール流体(例えば、炭化水素)が生産され、活性化流体がSMPから除去され(又はSMP中の活性化流体の量が低減され)、ガラス転移温度がTg2から増加し始める。一方、(SMPが元の形状に完全に戻っていなければ、又は掘削孔の壁面若しくは掘削孔中に載置された筐体に接触していなければ)SMPの拡張は続く。時刻t5において、SMPのガラス転移温度はTdにほぼ等しくなり、(まだ続いていれば)SMPの拡張の度合いは低下し始める。時刻t6において、SMPは第三ガラス転移温度Tg3に達し、SMPは元の形状に固定され、パッカーとして使用されるのであれば掘削孔をシールする。時刻t6までに、SMPはダウンホール環境で展開される。図2においてはTg3<Tg1として示されているが、第一ガラス転移温度Tg1は第三ガラス転移温度Tg3と等しくてもよいし、それより高くてもよい。換言すれば、最終的なガラス転移温度は、原ガラス転移温度より低くてもよいし、それと等しくてもよく、中間的なガラス転移温度(図2におけるTg2)は、原ガラス転移温度及び最終ガラス転移温度の両方よりも低い。活性化流体の存在によってSMPのガラス転移温度は一時的にTdよりも低い値に低下するのであり、ガラス転移温度が中間的な値(図2におけるTg2)に低下した状態は永続的なものではない。   FIG. 2 shows the progression of shape memory polymer (SMP), eg, packer downhaul. The downhole environment (eg, a borehole) has a temperature Td. The SMP in the deformed shape (outer diameter is D2) is placed in the downhole environment at time t0. SMP has a first glass transition temperature Tg1 (> Td). At time t1, the activated fluid contacts the SMP, and the glass transition temperature begins to drop from Tg1. At time t2, the glass transition temperature of SMP becomes substantially equal to Td, and SMP starts to expand from the deformed shape. That is, the outer diameter of SMP increases to a value larger than D2. At time t3, the glass transition temperature has dropped from the first glass transition temperature Tg1 to the second glass transition temperature Tg2, and SMP continues to expand. At time t4, a downhole fluid (eg, hydrocarbon) is produced, the activation fluid is removed from the SMP (or the amount of activation fluid in the SMP is reduced), and the glass transition temperature begins to increase from Tg2. On the other hand, expansion of SMP continues (unless SMP is not fully restored to its original shape, or if it is not in contact with the wall of the borehole or the housing placed in the borehole). At time t5, the glass transition temperature of SMP is approximately equal to Td and the extent of SMP expansion begins to decline (if it continues). At time t6, SMP reaches the third glass transition temperature Tg3, SMP is fixed in its original shape, and seals the excavation hole if used as a packer. By time t6, SMP will be deployed in a downhole environment. Although shown as Tg3 <Tg1 in FIG. 2, the first glass transition temperature Tg1 may be equal to or higher than the third glass transition temperature Tg3. In other words, the final glass transition temperature may be lower than or equal to the original glass transition temperature, and the intermediate glass transition temperature (Tg2 in FIG. 2) is the original glass transition temperature and the final glass transition temperature. Lower than both transition temperatures. The glass transition temperature of SMP is temporarily lowered to a value lower than Td due to the presence of the activation fluid, and the state where the glass transition temperature is lowered to an intermediate value (Tg2 in FIG. 2) is not permanent. Absent.

本発明を限定しない別の態様においては、形状記憶パッカーは(ダウンホール位置で配設するために)、原形状の体積よりも、約60%〜これとは独立に約5%、或いは約50%〜これとは独立に約10%、本発明を限定しない他の態様においては約40%〜これとは独立に約20%小さい体積を有するように変形乃至圧縮されている。本発明を限定しないまた別の態様においては、形状記憶パッカーは、原形状の外径よりも、約50%〜これとは独立に約5%、或いは約40%〜これとは独立に約5%、本発明を限定しない他の態様においては約30%〜これとは独立に約5%小さい外径を有するように変形乃至圧縮することができる。   In another non-limiting embodiment, the shape memory packer (for placement in a downhole position) is about 60% to about 5% independently of the original shape volume, or about 50%, or about 50%. It is deformed or compressed to have a volume that is about 10% independent of this and about 10% independent of this, and in another embodiment that is not limited to about 40%. In yet another non-limiting embodiment, the shape memory packer is about 50% to about 5% independent of the outer diameter of the original shape, or about 40% to about 5% independently. %, In other embodiments not limiting the invention, it can be deformed or compressed to have an outer diameter that is about 30% to about 5% smaller independently.

本発明を限定しない異なる態様においては、形状記憶ポリマーは、元の大きさの少なくとも約80%、或いは少なくとも約90%、本発明を制限しない他の態様においては少なくとも約99%まで大きさを回復する。ここで用いられている、形状記憶ポリマーの「大きさ」という用語は、形状記憶ポリマーの作用部分の直線的な寸法を意味する。即ち、形状記憶ポリマーが掘削孔をシールするパッカーとして使用される場合は、外径が形状記憶ポリマーの作用部分であり、この外径(OD)が元の大きさの少なくとも約80%、或いは少なくとも約90%、前記本発明を制限しない他の態様においては少なくとも約99%まで大きさを回復することになる。   In a different embodiment that does not limit the invention, the shape memory polymer recovers size to at least about 80% of its original size, or at least about 90%, and in other embodiments that do not limit the invention to at least about 99% To do. As used herein, the term “size” of a shape memory polymer means the linear dimension of the active portion of the shape memory polymer. That is, when the shape memory polymer is used as a packer to seal a borehole, the outer diameter is the active part of the shape memory polymer and the outer diameter (OD) is at least about 80% of the original size, or at least In other embodiments that do not limit the invention to about 90%, the size will be restored to at least about 99%.

本発明を限定しない一態様によると、変形した形状から原形状へと形状記憶ポリマーが拡張する速度は、1時間当たり少なくとも約0.3ミリメートル(mm/hr)〜これとは独立に12 mm/hr、或いは約0.4 mm/hr〜これとは独立に約10 mm/hr、本発明を制限しない他の態様においては約0.4 mm/hr〜これとは独立に約8mm/hrである。   According to one non-limiting aspect of the present invention, the rate at which the shape memory polymer expands from a deformed shape to an original shape is at least about 0.3 millimeters per hour (mm / hr) to 12 mm / hr independently, Alternatively, from about 0.4 mm / hr to about 10 mm / hr independently, and in other embodiments not limiting the present invention, from about 0.4 mm / hr to about 8 mm / hr independently.

ガラス転移温度をダウンホールの温度よりも低くなるように低下させるのに使用される活性化流体の量は、形状記憶ポリマーの密度及び空隙率、並びに温度及び圧力等のダウンホールの特性などの数多くの因子に依存する。それ故に、活性化流体は、形状記憶ポリマーのガラス転移温度をダウンホールの温度よりも低く下げるのに効果を有する量で存在することになる。本発明を限定しない別の態様においては、活性化流体の量は、形状記憶ポリマーの約0.5 vol%〜これとは独立に約100 vol%、或いは約0.5 vol%〜これとは独立に約20 vol%、本発明を制限しない異なる態様においては約1 vol%〜これとは独立に約10 vol%、本発明を限定しない他の態様においては約3 vol%〜これとは独立に約8 vol%の範囲である。また、形状記憶ポリマーに対する活性化流体の体積比は約1000:1〜約75:1、或いは約4:1〜約0.01:1、本発明を限定しない別の態様においては約1000:1〜約0.01:1である。本発明を制限しない他の態様においては、活性化流体は蒸気又は気体の形態であってもよく、したがって、形状記憶ポリマーに比べてはるかに少ない量の活性化流体があるだけである。本発明を制限しない一態様においては、形状記憶ポリマーのガラス転移温度を一時的に低下させて形状記憶ポリマーをその原形に展開させるために、地表から対象領域に活性化流体を圧送する。   The amount of activating fluid used to lower the glass transition temperature to be lower than the downhole temperature is numerous, including the shape memory polymer density and porosity, and downhole characteristics such as temperature and pressure. Depends on the factors. Therefore, the activation fluid will be present in an amount that is effective to lower the glass transition temperature of the shape memory polymer below the downhole temperature. In another non-limiting embodiment, the amount of activation fluid is from about 0.5 vol% of the shape memory polymer to about 100 vol% independently, or from about 0.5 vol% to about 20 independently. vol%, from about 1 vol% to independently about 10 vol% in different embodiments that do not limit the present invention, and from about 3 vol% to about 8 vol independently from other embodiments that do not limit the present invention % Range. Also, the volume ratio of the activation fluid to the shape memory polymer is about 1000: 1 to about 75: 1, alternatively about 4: 1 to about 0.01: 1, and in another embodiment not limiting the invention about 1000: 1 to about 0.01: 1. In other embodiments that do not limit the present invention, the activation fluid may be in the form of vapor or gas, and therefore there is only a much smaller amount of activation fluid compared to the shape memory polymer. In one non-limiting embodiment, the activation fluid is pumped from the ground surface to the target region to temporarily lower the glass transition temperature of the shape memory polymer and develop the shape memory polymer into its original form.

本発明を限定しないその他の態様においては、形状記憶ポリマーの曝露時間は、ほぼ瞬時〜これとは独立に約1年、或いは約1時間〜これとは独立に約14日、本発明を限定しない別の態様においては約6時間〜これとは独立に約5日の範囲であればよい。   In other embodiments that do not limit the invention, the shape memory polymer exposure time is approximately instantaneous to independently about 1 year, or about 1 hour to independently about 14 days, without limiting the invention. In another embodiment, it may range from about 6 hours to about 5 days independently.

このように、本発明を限定しないまた別の態様においては、形状記憶ポリマーを展開するシステムは、塩水、溶剤、及び/又はいずれかの箇所に記載の他の活性化流体を含有する活性化流体と、前記活性化流体との接触に応答してそのガラス転移温度が低下することによって展開される形状記憶ポリマーとを含むことができる。このシステムにおいて、前記形状記憶ポリマーはポリウレタン等の連続気泡フォームであってもよく、該形状記憶ポリマーは変形した形状から展開した形状へと形状変化する。また、形状記憶ポリマーはポリウレタン等の中実のものであってもよく、変形した形状から展開した形状へと形状変化する。   Thus, in yet another non-limiting aspect of the present invention, a system for deploying a shape memory polymer comprises an activation fluid containing salt water, a solvent, and / or other activation fluids described elsewhere. And a shape memory polymer that develops as its glass transition temperature decreases in response to contact with the activating fluid. In this system, the shape memory polymer may be an open cell foam such as polyurethane, and the shape memory polymer changes shape from a deformed shape to an expanded shape. The shape memory polymer may be solid such as polyurethane, and the shape changes from a deformed shape to a developed shape.

活性化流体は形状記憶モノマーの機械的性質も変化させる場合がある。変化する性質としては、ヤング率の低下と靱性の向上とがあり、両方の性質変化が同時に起こることもあるが、これらに限定されることはない。   The activation fluid may also change the mechanical properties of the shape memory monomer. The changing properties include a decrease in Young's modulus and an improvement in toughness, and both property changes may occur simultaneously, but are not limited thereto.

前記態様を本発明の特定の態様に関してさらに記述するが、これによっていかなる様態にも発明が限定されることは意図しておらず、単に、本発明をさらに強調乃至説明するためのものである。   Although the foregoing embodiments are further described with respect to particular embodiments of the present invention, they are not intended to limit the invention in any manner and are merely intended to further emphasize or explain the present invention.

(変形又は圧縮した形状記憶ポリマー)
MDI(イソシアネート)、ポリカーボネートポリオール、及び水を一緒に型に入れ、Tgよりも高い温度で18時間保持することによって、連続気泡ポリウレタンフォームを有する形状記憶ポリマー(SMP)を製造した。型を室温まで冷却し、原形状にあるSMPを脱型した。次いで、シリンダにSMPを入れ、SMPのTgよりも高い温度又はTgに近い温度にまで加熱した。シリンダ中で2枚のプレートの間に挟んでSMPを圧縮することによってSMPを変形し、原形の体積の25%の体積を有する変形形状を得た。シリンダを室温まで冷却し、SMPをシリンダから外して形状が変形したSMPを製造した。
(Deformed or compressed shape memory polymer)
A shape memory polymer (SMP) with open cell polyurethane foam was prepared by placing MDI (isocyanate), polycarbonate polyol, and water together in a mold and holding at a temperature above Tg for 18 hours. The mold was cooled to room temperature, and the original SMP was removed. Next, SMP was placed in the cylinder and heated to a temperature higher than or close to the Tg of SMP. The SMP was deformed by compressing the SMP by sandwiching it between two plates in a cylinder to obtain a deformed shape having a volume of 25% of the original volume. The cylinder was cooled to room temperature, and the SMP was removed from the cylinder to produce a deformed SMP.

(形状記憶回復)
形状が変形したSMPを容器に入れ、この容器を活性化流体で満たした。SMPの上表面にリニアポテンショメータを配置して指定された温度でのSMPの拡張についてのデータを取得し、該リニアポテンショメータの変位によって、時間の関数としてSMPの拡張を記録した。
(Recover shape memory)
The deformed SMP was placed in a container, which was filled with the activation fluid. A linear potentiometer was placed on the top surface of the SMP to acquire data on the expansion of the SMP at the specified temperature, and the displacement of the linear potentiometer recorded the SMP expansion as a function of time.

図3〜5については、活性化流体は65体積パーセント(vol%)の臭化ナトリウム、25 vol%のメタノール、及び10 vol%のエチレングリコールモノブチルエーテル(EGMBE)を含有していた。活性化流体の濃度は1ガロン(ppg)当たり10.7ポンド(1.28 kg/L)であった。SMPの拡張についてのデータを105°F(40.6℃)、110°F(43.3℃)、及び115°F(46.1℃)の温度で取得した。   For FIGS. 3-5, the activation fluid contained 65 volume percent (vol%) sodium bromide, 25 vol% methanol, and 10 vol% ethylene glycol monobutyl ether (EGMBE). The concentration of activated fluid was 10.7 pounds per gallon (ppg) (1.28 kg / L). Data for SMP expansion was acquired at temperatures of 105 ° F. (40.6 ° C.), 110 ° F. (43.3 ° C.), and 115 ° F. (46.1 ° C.).

図3は、105°F(40.6℃)でのSMPの変位データを示している。ここでは、SMPの高さと時間とがグラフに示され、SMPの拡張は115時間を超えて増大している。3つの別々のSMP試料の拡張が試験され、測定値の再現性が高いことを得られたデータが示している。したがって、SMPの拡張が十分に定義され、また、制御することができるといえる。   FIG. 3 shows SMP displacement data at 105 ° F. (40.6 ° C.). Here, the SMP height and time are shown in the graph, with the SMP expansion increasing beyond 115 hours. The data obtained show that the extension of three separate SMP samples has been tested and the reproducibility of the measurements is high. Therefore, it can be said that SMP extensions are well defined and can be controlled.

図4は、110°F(43.3℃)でのSMP試料についてのデータを示しており、図5は、115°F(46.1℃)でのSMP試料についてのデータを示している。   FIG. 4 shows data for an SMP sample at 110 ° F. (43.3 ° C.), and FIG. 5 shows data for an SMP sample at 115 ° F. (46.1 ° C.).

図6は185°F(85℃)でのSMPの変位データを示している。活性化流体は、6 vol%のメチルエチルケトン(MEK)と混合した油系泥水(OBM; ベイカーヒューズから入手可能なOMNIFLOW)であった。SMPの乾燥Tgは142〜148℃(高Tg、又は HiTg)の範囲にあった。ここで、SMPの外径(OD)対時間がグラフとして示されており、SMPの拡張は40時間続いている。   FIG. 6 shows SMP displacement data at 185 ° F. (85 ° C.). The activation fluid was oil-based mud (OBM; OMNIFLOW available from Baker Hughes) mixed with 6 vol% methyl ethyl ketone (MEK). The dry Tg of SMP was in the range of 142-148 ° C. (high Tg or HiTg). Here, the outside diameter (OD) versus time of SMP is shown as a graph, and SMP expansion continues for 40 hours.

図7は、前記のようにして製造されたSMPの50°F(10℃)での変位データを、70時間に亘る低Tg形状記憶ポリマーの外径のグラフとして示している。ここで、活性化流体は50 vol%(水に溶解したアセトン)であった。このSMPの乾燥Tgは98〜105℃(低Tg、又はLoTg)であった。   FIG. 7 shows the displacement data at 50 ° F. (10 ° C.) of the SMP produced as described above as a graph of the outer diameter of the low Tg shape memory polymer over 70 hours. Here, the activation fluid was 50 vol% (acetone dissolved in water). The dry Tg of this SMP was 98 to 105 ° C. (low Tg or LoTg).

図8は、前記のようにして製造されたSMPの128°F(53℃)での変位データを、70時間に亘る低Tg形状記憶ポリマーの外径のグラフとして示している。ここで、活性化流体は6 vol%アセチルアセトンを含む9.6 ppg KCl(1.2 kg/L)であった。このSMPの乾燥Tgは、やはり、98〜105℃(低Tg、又はLoTg)であった。   FIG. 8 shows the displacement data of the SMP produced as described above at 128 ° F. (53 ° C.) as a graph of the outer diameter of the low Tg shape memory polymer over 70 hours. Here, the activation fluid was 9.6 ppg KCl (1.2 kg / L) containing 6 vol% acetylacetone. The dry Tg of this SMP was again 98-105 ° C. (low Tg or LoTg).

したがって、図3〜8は、SMPの拡張が十分に定義されており、制御可能であることを示している。   Accordingly, FIGS. 3-8 show that the SMP extension is well defined and controllable.

1以上の態様を示して記述してきたが、本発明の範囲から離れずに、変更を加えたり置換を行ったりしてもよい。したがって、本発明が例示によって記載されてきたのであり、限定によるものではないことを理解されたい。   While one or more aspects have been shown and described, modifications and substitutions may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, it should be understood that the present invention has been described by way of illustration and not limitation.

ここに開示されているすべての範囲は、起点及び終点の値を含み、また、起点と終点とは相互に独立して組み合わせることができる。括弧に入った「(複数の)」という表記は当該表記に続く用語で示される物が1つである場合も複数である場合も含まれること、即ち、当該用語で示される物が少なくとも1つ含まれていることを意図して用いられている(例えば、「(複数の)着色剤」は少なくとも1つの着色剤を含むことを意味する。)。「任意の」又は「任意に」は、その後に続いて記載されている事柄又は状況が起こり得ることもあるし、又、起こり得ないこともあることを意味し、当該事柄が起こる例と起こらない例とを含んでいることを意味する。また、ここで使用されている「組み合わせ」という用語は、ブレンド、混合物、合金、及び反応生成物等を含んでいる。   All ranges disclosed herein include starting and ending values, and the starting and ending points can be combined independently of each other. The expression “(plural)” in parentheses includes a case where there is one or a plurality of items indicated by the term following the notation, that is, there is at least one item indicated by the term. It is used with the intention of being included (for example, “(colorant)” means containing at least one colorant). “Any” or “arbitrary” means that the matter or situation described subsequently may or may not occur, and examples of what happens and what happens Meaning that it contains no examples. The term “combination” as used herein includes blends, mixtures, alloys, reaction products, and the like.

さらに、「複数の」という限定がない部材等の用語は、そうではないことが明細書に記載されていない限り、又は文脈を考慮すると明らかに矛盾していることがない限り、当該部材等が1つしかないことを意味するのではなく、少なくとも1つあることを意味している。また、第一、第二等の用語は重要度の順を意味するのではなく、1つの要素を他の要素から区別するために使用されている。量と共に使用されている「約」という語は、記載されている値を含み、そして文脈から決定される意味を有している(例えば、ある特定の量の測定に関連する所定程度の誤差を含む。)。   In addition, the term “a member” or the like without a “plurality” means that the member or the like, unless stated otherwise in the specification, or unless clearly contradicted by context. It does not mean that there is only one, but that there is at least one. The terms such as first and second do not mean the order of importance but are used to distinguish one element from another. The term “about” as used in conjunction with a quantity includes the stated value and has a meaning determined from the context (eg, a certain degree of error associated with the measurement of a particular quantity. Including).

変形や同等物は当業者には明らかであるので、図示され、記載された構造、作用、記載された通りの材料、又は態様のそのままの詳細に本発明が限定されることはないことがさらに理解される。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲のみによって限定される。さらに、明細書は制限的な意味ではなく、例示的な意味に解釈されるべきである。例えば、特許請求の範囲に記載のパラメータの範囲内には入るが、特定の方法又は装置において具体的に特定おらず、使用されてもいないポリウレタン形状記憶材料を作る材料、特定のTg、形状記憶ポリマー、可塑剤、ポリマー濾滓除去装置、設計及び他の部品、部品、並びに構造は、本発明の範囲内にあると期待される。   Since variations and equivalents will be apparent to those skilled in the art, it is further not intended that the invention be limited to the exact details of the illustrated and described structures, operations, materials as described, or aspects. Understood. Accordingly, the invention is limited only by the following claims. Further, the specification is to be construed in an illustrative sense rather than a restrictive sense. For example, a material that makes a polyurethane shape memory material that falls within the parameters set forth in the claims but is not specifically identified or used in a particular method or apparatus, a particular Tg, shape memory Polymers, plasticizers, polymer filter removers, designs and other parts, parts, and structures are expected to be within the scope of the present invention.

特許請求の範囲における「成る」及び「有する」という用語は「含む」という意味であると解釈されるべきであり、記載されている要素に限定されない。   The terms “comprising” and “having” in the claims are to be interpreted as meaning “inclusive” and are not limited to the elements listed.

本発明は、開示されている要素を適切に有し、開示されている要素から適切に成り、又は開示されている要素から適切に実質的に成り、開示されていない要素の不存在下で実施することができる場合がある。例えば、第一温度にある環境下に変形した形状を有すると共に該第一温度よりも高い第一ガラス転移温度を有する形状記憶ポリマーを配置し、水、アルコール、グリコール、アルデヒド、アミド、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、ケトン、ジカーボネート、トリカーボネート、水系泥水、油、油系泥水、エマルジョン系泥水、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択される活性化流体と前記形状記憶ポリマーとを接触させることにより、形状記憶ポリマーのガラス転移温度を前記第一ガラス転移温度から、前記第一温度よりも低いか第一温度と等しい第二ガラス転移温度に低下させ、前記形状記憶ポリマーを拡張させて該形状記憶ポリマーを展開した形状に展開させることから実質的に成る、又はこれらの事から成る形状記憶ポリマーを展開する方法を提供することができる。   The present invention suitably comprises the disclosed elements, suitably comprises the disclosed elements, or suitably substantially comprises the disclosed elements, and is performed in the absence of undisclosed elements. You may be able to. For example, a shape memory polymer having a deformed shape in an environment at a first temperature and having a first glass transition temperature higher than the first temperature is disposed, and water, alcohol, glycol, aldehyde, amide, amine, carvone Contacting the shape memory polymer with an activation fluid selected from the group consisting of acids, esters, ethers, ketones, dicarbonates, tricarbonates, aqueous muds, oils, oil muds, emulsion muds, and combinations thereof. By reducing the glass transition temperature of the shape memory polymer from the first glass transition temperature to a second glass transition temperature lower than or equal to the first temperature, the shape memory polymer is expanded to Shape memory consisting essentially of, or consisting of, developing a shape memory polymer into a developed shape Rimmer can provide a method to deploy.

或いは、第一温度にあるダウンホール環境下に変形した形状を有する形状記憶ポリマーを配置し、水、アルコール、アルデヒド、アミド、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、ケトン、ジカーボネート、トリカーボネート、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択される活性化流体と前記形状記憶ポリマーを接触させて、該形状記憶ポリマーのガラス転移温度を前記第一温度よりも下げ、該形状記憶ポリマーを展開した形状にある形状記憶ポリマーに拡張し、前記ガラス転移温度を前記第一温度よりも高くして形状記憶ポリマーを展開した形状に維持するために活性化流体を除去することから実質的に成る、又はこれらの事から成るダウンホール環境下で形状記憶ポリマーを展開する方法を提供することができる。   Alternatively, a shape memory polymer having a deformed shape in a downhole environment at a first temperature is disposed, water, alcohol, aldehyde, amide, amine, carboxylic acid, ester, ether, ketone, dicarbonate, tricarbonate, and An activated fluid selected from the group consisting of these combinations is brought into contact with the shape memory polymer, the glass transition temperature of the shape memory polymer is lowered below the first temperature, and the shape memory polymer is developed. Extending to a shape memory polymer and consisting essentially of removing the activation fluid to maintain the shape memory polymer in a deployed shape by raising the glass transition temperature above the first temperature, or these A method for developing a shape memory polymer in a downhole environment can be provided.

さらに、別の本発明を制限しない態様においては、水、アルコール、アルデヒド、アミド、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、ケトン、ジカーボネート、トリカーボネート、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択される活性化流体と、該活性化流体との接触に応じてガラス転移温度が低下することによって展開される形状記憶ポリマーとから実質的に成る、又はこれらの要素から成る、形状記憶ポリマーを展開するシステムを提供することができる。   Further, in another non-limiting embodiment, the activity selected from the group consisting of water, alcohols, aldehydes, amides, amines, carboxylic acids, esters, ethers, ketones, dicarbonates, tricarbonates, and combinations thereof. A system for deploying a shape memory polymer consisting essentially of or consisting of an activating fluid and a shape memory polymer that is developed by lowering the glass transition temperature in response to contact with the activating fluid. Can be provided.

Claims (19)

第一温度にある環境下に変形した形状を有する形状記憶ポリマーを配置し、該形状記憶ポリマーは前記第一温度よりも高い第一ガラス転移温度を有しており、
有効量の活性化流体に前記形状記憶ポリマーを接触させ、該形状記憶ポリマーのガラス転移温度を前記第一ガラス転移温度から、該第一ガラス転移温度よりも低い又は該第一ガラス転移温度に等しい第二ガラス転移温度に低下させ、前記活性化流体が、水、アルコール、グリコール、アルデヒド、アミド、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、ケトン、ジカーボネート、トリカーボネート、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択され、
前記形状記憶ポリマーを拡張して該形状記憶ポリマーを展開した形状に広げ
ることを含む、形状記憶ポリマーを展開する方法。
Placing a shape memory polymer having a deformed shape in an environment at a first temperature, the shape memory polymer having a first glass transition temperature higher than the first temperature;
Contacting the shape memory polymer with an effective amount of an activating fluid, and the glass transition temperature of the shape memory polymer is less than or equal to the first glass transition temperature from the first glass transition temperature; Lowering to a second glass transition temperature and the activating fluid is selected from the group consisting of water, alcohol, glycol, aldehyde, amide, amine, carboxylic acid, ester, ether, ketone, dicarbonate, tricarbonate, and combinations thereof. Selected
A method of developing a shape memory polymer, comprising expanding the shape memory polymer to expand the shape memory polymer into a developed shape.
前記第一ガラス転移温度が100℃〜150℃であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the first glass transition temperature is 100C to 150C. 前記第二ガラス転移温度が40℃〜100℃であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the second glass transition temperature is 40 ° C. to 100 ° C. 前記第二ガラス転移温度が前記第一ガラス転移温度よりも10℃〜60℃低いことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the second glass transition temperature is 10 ° C. to 60 ° C. lower than the first glass transition temperature. 前記第一温度が60℃〜100℃であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first temperature is 60 ° C. to 100 ° C. 前記形状記憶ポリマーが、ポリウレタン、ポリカーボネートポリオールとポリイソシアネートとの反応で作られたポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、エポキシ、ゴム、フルオロエラストマー、ニトリル、エチレンプロピレンジエン単量体(EPDM)から作られたポリマー、ポリアミド、ポリ尿素、ポリビニルアルコール、ビニルアルコール−ビニルエステル共重合体、フェノール系高分子、ポリベンゾイミダゾール、N,N’-メチレン-ビス-アクリルアミドで架橋したポリエチレンオキシド/アクリル酸/メタクリル酸共重合体、エチレングリコールジメチルアクリレートで架橋したポリエチレンオキシド/メタクリル酸/N-ビニル-2-ピロリドン共重合体、エチレングリコールジメチルアクリレートで架橋したポリエチレンオキシド/ポリ(メチルメタクリレート)/N-ビニル-2-ピロリドン共重合体、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。   The shape memory polymer is polyurethane, polyurethane made by reaction of polycarbonate polyol and polyisocyanate, polystyrene, polyethylene, epoxy, rubber, fluoroelastomer, nitrile, polymer made of ethylene propylene diene monomer (EPDM), Polyethylene oxide / acrylic acid / methacrylic acid copolymer crosslinked with polyamide, polyurea, polyvinyl alcohol, vinyl alcohol-vinyl ester copolymer, phenolic polymer, polybenzimidazole, N, N'-methylene-bis-acrylamide Polyethylene oxide / methacrylic acid / N-vinyl-2-pyrrolidone copolymer crosslinked with ethylene glycol dimethyl acrylate, polyethylene oxide / polyethylene crosslinked with ethylene glycol dimethyl acrylate Methyl methacrylate) / N-vinyl-2-pyrrolidone copolymer, and characterized in that it is selected from the group consisting of combinations of these methods, the method according to any one of claims 1 to 5. 前記活性化流体が、2-ブタノン、2-ペンタノン、3-ペンタノン、アセトン、ヒドロキシアセトン、4-ヒドロキシ-2-ブタノン、1-ヒドロキシ-2-ブタノン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択されるケトンであり、前記ジカルボン酸が、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。   The activation fluid is a group consisting of 2-butanone, 2-pentanone, 3-pentanone, acetone, hydroxyacetone, 4-hydroxy-2-butanone, 1-hydroxy-2-butanone, acetylacetone, methyl ethyl ketone, and combinations thereof. The dicarboxylic acid is selected from the group consisting of oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, and combinations thereof The method according to claim 1, characterized in that: 前記形状記憶ポリマーを拡張した後に、前記形状記憶ポリマーの前記ガラス転移温度を、前記第二ガラス転移温度よりも高い第三ガラス転移温度に上げることをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising: after expanding the shape memory polymer, raising the glass transition temperature of the shape memory polymer to a third glass transition temperature that is higher than the second glass transition temperature. The method described. 前記第三ガラス転移温度が前記第一ガラス転移温度よりも低いか該第一ガラス温度と等しいが、前記形状記憶ポリマーが前記展開した形状を維持する程度に前記第一温度よりも高いことを特徴とする、請求項8に記載の方法。   The third glass transition temperature is lower than or equal to the first glass transition temperature, but is higher than the first temperature to such an extent that the shape memory polymer maintains the developed shape. The method according to claim 8. 前記第三ガラス転移温度が80℃〜150℃であることを特徴とする、請求項8に記載の方法。   The method according to claim 8, wherein the third glass transition temperature is 80 ° C. to 150 ° C. 前記活性化流体の前記有効量が、前記形状記憶ポリマーの0.5〜100 vol%であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。   6. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the effective amount of the activation fluid is 0.5-100 vol% of the shape memory polymer. 前記活性化流体の前記有効量が、前記形状記憶ポリマーの1〜20 vol%であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。   6. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the effective amount of the activation fluid is 1-20 vol% of the shape memory polymer. 前記環境がダウンホール環境であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the environment is a downhole environment. 前記ガラス転移温度を前記第一温度よりも高くして前記形状記憶ポリマーを前記展開した形状に維持するために、前記活性化流体を除去することをさらに含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising removing the activation fluid to maintain the shape memory polymer in the deployed shape by raising the glass transition temperature above the first temperature. 6. The method according to any one of 5 above. 水、アルコール、グリコール、アルデヒド、アミド、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、ケトン、ジカーボネート、トリカーボネート、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択される活性化流体と、
該活性化流体との接触に応じてガラス転移温度が低下することによって展開される形状記憶ポリマーと
を含む、形状記憶ポリマーを展開するシステム。
An activation fluid selected from the group consisting of water, alcohol, glycol, aldehyde, amide, amine, carboxylic acid, ester, ether, ketone, dicarbonate, tricarbonate, and combinations thereof;
A system for developing a shape memory polymer, comprising: a shape memory polymer that is developed by lowering the glass transition temperature in response to contact with the activating fluid.
前記形状記憶ポリマーが、ポリウレタン、ポリカーボネートポリオールとポリイソシアネートとの反応で作られたポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、エポキシ、ゴム、フルオロエラストマー、ニトリル、エチレンプロピレンジエン単量体(EPDM)から作られたポリマー、ポリアミド、ポリ尿素、ポリビニルアルコール、ビニルアルコール−ビニルエステル共重合体、フェノール系高分子、ポリベンゾイミダゾール、N,N’-メチレン-ビス-アクリルアミドで架橋したポリエチレンオキシド/アクリル酸/メタクリル酸共重合体、エチレングリコールジメチルアクリレートで架橋したポリエチレンオキシド/メタクリル酸/N-ビニル-2-ピロリドン共重合体、エチレングリコールジメチルアクリレートで架橋したポリエチレンオキシド/ポリ(メチルメタクリレート)/N-ビニル-2-ピロリドン共重合体、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択されることを特徴とする、請求項15に記載のシステム。   The shape memory polymer is polyurethane, polyurethane made by reaction of polycarbonate polyol and polyisocyanate, polystyrene, polyethylene, epoxy, rubber, fluoroelastomer, nitrile, polymer made of ethylene propylene diene monomer (EPDM), Polyethylene oxide / acrylic acid / methacrylic acid copolymer crosslinked with polyamide, polyurea, polyvinyl alcohol, vinyl alcohol-vinyl ester copolymer, phenolic polymer, polybenzimidazole, N, N'-methylene-bis-acrylamide Polyethylene oxide / methacrylic acid / N-vinyl-2-pyrrolidone copolymer crosslinked with ethylene glycol dimethyl acrylate, polyethylene oxide / polyethylene crosslinked with ethylene glycol dimethyl acrylate Methyl methacrylate) / N-vinyl-2-pyrrolidone copolymer, and characterized in that it is selected from the group consisting of a combination of these, the system according to claim 15. 前記形状記憶ポリマーがポリウレタンを有する連続気泡フォームであり、該形状記憶ポリマーが変形した形状から展開した形状に形状変化することを特徴とする、請求項15に記載のシステム。   The system of claim 15, wherein the shape memory polymer is an open cell foam having polyurethane, and the shape memory polymer changes shape from a deformed shape to a deployed shape. 前記形状記憶ポリマーが第一ガラス転移温度を有し、前記活性化流体が該第一ガラス転移温度を第二ガラス転移温度に低下させる効果を有し、該第二ガラス転移温度が前記第一ガラス転移温度よりも10℃〜60℃低いことを特徴とする、請求項15に記載のシステム。   The shape memory polymer has a first glass transition temperature, the activation fluid has the effect of lowering the first glass transition temperature to a second glass transition temperature, and the second glass transition temperature is the first glass The system according to claim 15, characterized in that it is 10 ° C. to 60 ° C. below the transition temperature. 前記活性化流体が、2-ブタノン、2-ペンタノン、3-ペンタノン、アセトン、ヒドロキシアセトン、4-ヒドロキシ-2-ブタノン、1-ヒドロキシ-2-ブタノン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択されるケトンであり、前記ジカルボン酸が、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択されることを特徴とする、請求項15〜18のいずれか一項に記載の方法。   The activation fluid is a group consisting of 2-butanone, 2-pentanone, 3-pentanone, acetone, hydroxyacetone, 4-hydroxy-2-butanone, 1-hydroxy-2-butanone, acetylacetone, methyl ethyl ketone, and combinations thereof. The dicarboxylic acid is selected from the group consisting of oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, and combinations thereof The method according to any one of claims 15 to 18, characterized in that:
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