RU2619317C2 - Набухающие эластомерные полимерные материалы - Google Patents
Набухающие эластомерные полимерные материалы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2619317C2 RU2619317C2 RU2014117726A RU2014117726A RU2619317C2 RU 2619317 C2 RU2619317 C2 RU 2619317C2 RU 2014117726 A RU2014117726 A RU 2014117726A RU 2014117726 A RU2014117726 A RU 2014117726A RU 2619317 C2 RU2619317 C2 RU 2619317C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- precursor
- rubber
- composition
- water
- liquid
- Prior art date
Links
- 230000008961 swelling Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 44
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims description 22
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 22
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 claims description 11
- 150000003839 salts Chemical group 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 claims description 6
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 claims description 6
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004709 Chlorinated polyethylene Substances 0.000 claims description 4
- 229920000181 Ethylene propylene rubber Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002449 FKM Polymers 0.000 claims description 4
- 229920005557 bromobutyl Polymers 0.000 claims description 4
- 229920005549 butyl rubber Polymers 0.000 claims description 4
- 229920005556 chlorobutyl Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 claims description 4
- 229920006169 Perfluoroelastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 claims description 3
- 229920005560 fluorosilicone rubber Polymers 0.000 claims description 3
- BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N Epichlorohydrin Chemical compound ClCC1CO1 BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 2
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 claims description 2
- 229920006172 Tetrafluoroethylene propylene Polymers 0.000 claims description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 claims description 2
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001084 poly(chloroprene) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 claims description 2
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 229920003249 vinylidene fluoride hexafluoropropylene elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- JIGUQPWFLRLWPJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acrylate Chemical compound CCOC(=O)C=C JIGUQPWFLRLWPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- PNJWIWWMYCMZRO-UHFFFAOYSA-N pent‐4‐en‐2‐one Natural products CC(=O)CC=C PNJWIWWMYCMZRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 10
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008398 formation water Substances 0.000 description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 3
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- KOMNUTZXSVSERR-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-tris(prop-2-enyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione Chemical compound C=CCN1C(=O)N(CC=C)C(=O)N(CC=C)C1=O KOMNUTZXSVSERR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N Hydrogen bromide Chemical compound Br CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 2
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- KUDUQBURMYMBIJ-UHFFFAOYSA-N 2-prop-2-enoyloxyethyl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCCOC(=O)C=C KUDUQBURMYMBIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006170 Therban® Polymers 0.000 description 1
- 150000001253 acrylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- 229940092782 bentonite Drugs 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000012707 chemical precursor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000007799 cork Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- ONCZQWJXONKSMM-UHFFFAOYSA-N dialuminum;disodium;oxygen(2-);silicon(4+);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Na+].[Na+].[Al+3].[Al+3].[Si+4].[Si+4].[Si+4].[Si+4] ONCZQWJXONKSMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 229920006341 elastomeric alloy Polymers 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000042 hydrogen bromide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000043 hydrogen iodide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 229920003031 santoprene Polymers 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 229940080314 sodium bentonite Drugs 0.000 description 1
- 229910000280 sodium bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L sulfite Chemical class [O-]S([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000004583 superabsorbent polymers (SAPs) Substances 0.000 description 1
- 230000002522 swelling effect Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/32—Phosphorus-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/16—Elastomeric ethene-propene or ethene-propene-diene copolymers, e.g. EPR and EPDM rubbers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L21/00—Compositions of unspecified rubbers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/26—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment
- C08L23/28—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment by reaction with halogens or compounds containing halogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
- C08L9/06—Copolymers with styrene
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/12—Packers; Plugs
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/12—Packers; Plugs
- E21B33/1208—Packers; Plugs characterised by the construction of the sealing or packing means
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/02—Subsoil filtering
- E21B43/10—Setting of casings, screens, liners or the like in wells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/32—Phosphorus-containing compounds
- C08K2003/321—Phosphates
- C08K2003/325—Calcium, strontium or barium phosphate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sealing Material Composition (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к эластомерным полимерным материалам для изготовления набухающих уплотняющих изделий с контролируемыми свойствами набухания и к использованию таких материалов. Эластомерная композиция включает эластомерную матрицу и смещанный с ней прекурсор. При этом прекурсор имеет ограниченную растворимость в жидкости, такой как вода, и может быть превращен в соединение, которое растворимо в указанной жидкости, такой как вода, в результате чего эластомерная композиция становится набухающей. Композиции изобретения могут быть использованы в способе, который включает размещение композиции в заданном месте, и превращение указанного прекурсора в соединение, растворимое в жидкости, приведением в контакт указанной композиции с указанной жидкостью до, во время и/или после указанного превращения указанного прекурсора. Описан также продукт, который используется в виде средства расширяющегося типа, прокладки или уплотнения. Технический результат – обеспечение контроля набухания уплотнительных средств при использовании их в месте применения. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к эластомерным полимерным материалам с контролируемыми свойствами набухания и к использованию таких материалов.
Эластомерные материалы, такие как каучуки, используются во многих отраслях промышленности в том числе в производстве энергии, например геотермальной энергии, и добыче нефти и газа, например, для герметизации в различных местах скважин в геологической формации. Определенный класс этих материалов является эластомерами, набухающими в воде.
WO 2005/012686, например, описывает композицию для герметизации пространства в стволе скважины, сформированной в геологической формации, геологической формации, содержащей пластовую воду, способную протекать в ствол скважины. Каучуковые композиции, описанные в данном документе, являются набухающими в воде, что означает, что при контакте с водой каучуковые композиции могут набухать, например, при контакте с водой, поступающей из пространства, окружающего ствол скважины.
Хотя эти известные композиции пригодны при изоляции подземных зон пласта при контакте с водой, авторы настоящего изобретения установили, что при практическом применении этих материалов могут возникнуть серьезные трудности. В частности, считается недостатком то, что каучуковые композиции известного уровня техники начинают набухать сразу же после контакта с любой водой. Создание скважин обычно требует контроля бурового долота на очень больших глубинах, несколько километров - не редкость. Набухающие эластомеры обычно применяются в этом процессе создания скважины, чтобы создать уплотнение между различными обсадными трубами и жидкостями, содержащимися в проходимых горных породах, которые используются для хранения и перемещения бурильной колонны и, тем самым, формируют буровую скважину. Кроме того, набухающие эластомеры используются в уплотнениях, используемых в качестве прокладок, чтобы установить в заданном положении и герметизировать внутреннюю трубу в концентрической внешней трубе. С помощью набухающих эластомеров в этом случае жидкость может быть локализована в определенном сегменте. Также набухающие эластомеры используются в процессе повышения эффективности, например, ГРП, процессе формирования и последующего распространения трещин в горной породе, используя давление жидкости в качестве источника энергии. Это может быть сделано закачкой воды и частиц в трещину с использованием набухающих эластомеров в качестве источника уплотнителя против этих движущих давлений.
В большинстве случаев эти набухающие эластомеры должны применяться и функционировать на больших глубинах. При этом очень трудно быть уверенными, что набухающие композиции преждевременно не контактировали с активирующими жидкостями, то есть прежде, чем они попадут на соответствующее место. В этом отношении важно обеспечить кривую набухания эластомера, которая представляет собой зависимость степени набухания эластомера от времени, такую, чтобы она была крутой в начале и сглаженной через некоторое время, так, чтобы скорость набухания при контакте с активирующей жидкостью была наиболее быстрой для исходных не набухших эластомеров. Эти факторы осложняют использование процесса набухания и, в случае задержки размещения набухающего эластомера в требуемом месте, очень трудно контролируются.
Целью изобретения является создание каучуковой композиции, например уплотнений, а также других каучуковых изделий, таких как уплотнительное средство расширяющегося типа, уплотнения обсадных труб и трубопроводов и подобные, которые позволяют контролировать их набухание, так что они могут быть использованы более успешно в вышеуказанных применениях, а также во всех других случаях, когда требуется или используется набухание. Авторы настоящего изобретения установили, что эта цель может быть достигнута с использованием прекурсора (предшественника) набухающего эластомера, прекурсора, который может быть превращен в соединение, растворимое в жидкости.
Таким образом, в первом аспекте настоящее изобретение относится к композиции, включающей эластомерную матрицу, смешанную с прекурсором набухающего соединения, прекурсором, который нерастворим или только немного растворим в жидкости и который может быть превращен в соединение, растворимое в жидкости. Превращение прекурсора в соединение, растворимое в жидкости, делает всю композицию набухающей в жидкости.
US-A-2009/0120640 описывает "авто-герметизирующиеся" цементные композиции и их применение в подземном цементировании. Набухающий цемент, который может быть инкапсулирован, присутствует в отдельном слое. Разрушение при контакте с кислотой не было раскрыто или предложено.
US-A-2009/205841 подобен US А 2009/0120640. Он раскрывает набухающий эластомер, который защищен слоем, который может быть удален кислотой. В соответствии с настоящим изобретением прекурсор смешан с эластомерной матрицей, а не присутствует в виде отдельной фазы (например, слоя) на ней. Это обеспечивает другой и гораздо более универсальный продукт, который может быть относительно просто использован. Неожиданным является то, что прекурсор может быть превращен в соединение, растворимое в жидкости, несмотря на то, что он присутствует внутри (а именно компаундирован или смешан) эластомерной матрицы.
Прекурсор является соединением, которое не приводит к набуханию эластомера до его активации. Однако в соответствии с изобретением прекурсор может быть превращен, например, контактированием с инициирующим жидким раствором. Превращенный инициированный прекурсор, как правило, растворим в воде или масле и это приводит к инициированию искомого набухания эластомера, когда он впоследствии или одновременно контактирует с жидкостью.
Жидкость, которая в соответствии с изобретением предназначена для того, чтобы вызвать набухание активированной эластомерной композиции, обычно является жидкостью, которая находится в пластах (пластовый флюид) или которая используется при бурении или вскрытии пласта и/или для воздействия на пласт для удержания пластового флюида. Эта жидкость может быть чистой, но обычно она содержит растворенные соли или углеводороды, как правило в различных концентрациях, вплоть до насыщенного раствора. Жидкость может быть водой, например пластовой водой. Обычно набухающая композиция изобретения должна быть способной набухать в воде с соленостью более 140 г/дм3 хлорида натрия и содержащей значительные концентрации двухвалентных ионов, например по меньшей мере 40 г/дм3 хлорида кальция и 8 г/дм3 хлорида магния. Переход от ненабухшего до полностью набухшего состояния предпочтительно происходит за период времени от нескольких часов до нескольких месяцев, например за 2-3 недели, в зависимости от требований, и набухшее состояние должно сохраняться в течение длительного периода, чтобы удовлетворять требованиям к стволу скважины, например, по меньшей мере, один год.
В соответствии с изобретением миграция прекурсора и/или растворимого соединения (т.е. прекурсора после активации) предотвращаются матрицей эластомера, тогда как жидкость может мигрировать в матрицу за счет процесса, который аналогичен диффузии или осмосу. В результате матрица набухает. Прекурсор предпочтительно включен в виде большого числа частиц, однородно распределенных по материалу матрицы.
Пластовый флюид, такой как пластовая вода, может иметь низкую температуру, например, 4-5°C или выше, но она также может быть намного горячее, например до 300°C или выше.
Прекурсор предпочтительно является химическим соединением, имеющим низкую растворимость в жидкости, который может быть превращен в химическое соединение, имеющее более высокую растворимость в жидкости. Низкая растворимость в жидкости здесь означает растворимость при комнатной температуре предпочтительно менее 10-4 М, более предпочтительно менее 0.5⋅10-4 М. Для получения достаточного набухания превращенный химический прекурсор предпочтительно имеет растворимость при комнатной температуре 10-1 М или более, более предпочтительно более чем 2⋅10-1.
Предпочтительно прекурсор представляет собой соль. Прекурсоры в виде соли легко могут быть превращены кислыми или основными растворами в водорастворимые соли. Очень подходящими комбинациями являются фосфаты (например, Ca3(PO4)2), оксиды и гидроксиды, сульфаты, сульфиды, сульфиты, карбонаты, галогениды и т.д., которые могут быть превращены в водорастворимые соли путем контактирования с кислым раствором. Подходящими кислотами являются сильные кислоты, такие как хлористоводородная кислота, азотная кислота, фтористый водород, бромистый водород, йодистый водород, серная кислота и т.д., или слабые кислоты, такие как уксусная кислота, лимонная кислота, муравьиная кислота и т.д.
Помимо фосфатов, другими подходящими прекурсорами в виде солей являются, например, BaCO3, MgO, ZnS, Fe(OH)3, BaSO4 и т.д.
Подходящими эластомерами являются резиновые материалы, которые набухают в углеводородах, присутствующих в нефтяных и газовых скважинах, такие как этиленпропиленовый каучук (ЕРМ и EPDM); этилен-пропилен-диеновый терполимерный каучук (ЕРТ); бутилкаучук (IIR); бромированный бутилкаучук (BIIR); хлорированный бутилкаучук (CIIR); стирол-бутадиеновый сополимерный каучук (SBR) и силиконовые каучуки (VMQ) и их комбинации.
Также подходят каучуковые материалы, которые не набухают в сырой нефти, такие как акрилонитрил-бутадиеновый сополимер (нитрилкаучук NBR); гидрированный NBR (HNBR), такой как ZETPOL™, THERBAN™; NBR с реакционно-способными группами (X-NBR); хлорированный полиэтилен (СМ/CPE); неопреновый каучук (CR); сополимер эпихлоргидрина и оксида этилена (СО, ECO); сульфированный полиэтилен (CSM); этиленакрилатный каучук (ЕАМ/АЕМ); фторсиликоновый каучук (FVMQ); перфторкаучуки (FFKM), такие как KALREZ™, CHEMRAZ™; фторкаучуки (FKM), такие как VITON™, FLUOREL™; и тетрафторэтилен/пропилен (TFE/P), такой как AFLAS™ и их комбинации.
Большинство из этих эластомеров могут быть сшитыми более чем одним сшивающим агентом (например, сшитыми серой или сшитыми пероксидом).
Помимо вышеуказанных термореактивных (не набухающих и набухающих в масле) материалов эластомерной матрицы, также могут быть использованы смеси эластомеров (так называемые "эластомерные сплавы"). Хотя существует почти неисчерпаемое сочетание термопластичных и термореактивных эластомеров, наиболее предпочтительными являются смеси EPDM/полипропилен, такие как SARLINK™, Levaflex™, Santoprene™, смеси NBR-полипропилен, такие как GEOLAST™, смеси NBR/поливинилхлорид и смеси NR/полипропилен. Все они имеют тенденцию к набуханию в сырых нефтях, особенно при температурах, предназначенных для использования в скважинах.
В дополнение к прекурсору, который может быть превращен в соединение, набухающее в жидкости, композиции настоящего изобретения могут дополнительно включать другие ингредиенты, в частности пластификаторы, такие как полиэфирные пластификаторы; добавки для улучшения механических свойств, такие как газовые сажи; сшивающие агенты, такие как сера или сшивающие агенты типа пероксида; активаторы сшивки, такие как триаллилизоцианурат.
Композиции изобретения предпочтительно свободны от непосредственно набухающих добавок (т.е. соединений, которые не требуют активации), так как это привело бы к немедленному набуханию при контакте с водой. Таким образом, композиция предпочтительно по существу не содержит суперполиэлектролитов, таких как сверхпоглощающие полимеры (SAPs), таких как полиакрилат натрия и акриловые кислоты; гидрофильных глин, таких как частицы натриевого бентонита (например вайомингский бентонит); и природных материалов, набухающие в воде, таких как дерево, пробка или целлюлозные наполнители. На практике "по существу свободный" обычно означает, что такие соединения присутствуют в концентрации значительно менее 1% масс., предпочтительно менее 0,1% масс.
Способ настоящего изобретения включает размещение композиции в нужном месте и превращение указанного прекурсора в соединение, растворимое в жидкости, во время обеспечения контакта указанной композиции с жидкостью до, во время и/или после указанного превращения указанного прекурсора. Пока прекурсор не был превращен в соответствии с изобретением, контакт с жидкостью не приведет к существенному набуханию эластомера.
Композиция изобретения может быть выполнена в виде продукта различных форм и размеров. Не ограничивающие примеры продуктов, изготовленных из композиций изобретения, представляют собой мелкие частицы, например сферические частицы, например, среднего диаметра 0,1-10 мм; вышеуказанное средство расширяющегося типа, прокладки и уплотнения; и другие эластомерные продукты, обычно используемые в области добычи нефти и газа, а также в применении геотермальной энергии. Помимо применения в области добычи нефти и газа, а также использовании, которое включает хранение и/или получение геотермального тепла, композиции изобретения и изделия из них могут быть использованы в совершенно разных областях применения, например в изготовлении медицинских устройств, таких как катетеры.
Пример
Каучуковую композицию готовят с использованием следующих ингредиентов:
100 г EPDM каучука,
25 г парафинового пластификатора,
37,5 г сажи FEF,
1,56 г пероксидного сшивающего агента,
1,25 г триаллилизоцианурата (сшивающий соагент) и
181,25 г Са3(PO4)2.
Ингредиенты компаудируют с использованием двухвальцовой дробилки. Компаундированный каучук вулканизируют при 160°C в течение 1 часа. Испытательные образцы разрезают и погружают в две различные испытательные жидкости. Первая жидкость включает деминерализованную воду, см. таблицу 1. Вторая жидкость является 20% масс. водным раствором HCl, см. таблицу 2. Изменения жесткости, массы и объема контролируют с течением времени. Получают следующие результаты.
Фиг. 1 представляет набухание образцов (изменение объема) при 80°C в зависимости от времени, погруженных в деминерализованную воду и 20% масс. HCl.
Результаты ясно показывают, что каучуковые композиции согласно изобретению набухают только при контакте с кислотой.
Claims (9)
1. Эластомерная композиция для изготовления набухающих уплотняющих изделий, содержащая эластомерную матрицу и смешанный с ней прекурсор, при этом прекурсор имеет ограниченную растворимость в жидкости, такой как вода, и прекурсор может быть превращен в соединение, которое растворимо в указанной жидкости, такой как вода, в результате чего эластомерная композиция становится набухающей.
2. Композиция по п. 1, в которой указанный прекурсор является солью, имеющей низкую растворимость в воде, которая может быть превращена в соль, имеющую более высокую растворимость в воде.
3. Композиция по любому из пп. 1 или 2, в которой указанный прекурсор может быть превращен путем контактирования с кислым или основным раствором.
4. Композиция по п. 1, в которой указанный прекурсор выбран из группы, состоящей из Са3(PO4)2, ВаСО3, MgO, ZnS, Fe(OH)3, BaSO4 и их комбинаций.
5. Композиция по любому из пп. 1 или 2, в которой указанная эластомерная матрица включает эластомер, выбранный из группы, состоящей из: каучуковых материалов, которые помимо набухания в воде, также набухают в сырой нефти; каучуковых материалов, которые не набухают в сырой нефти; и их комбинаций.
6. Композиция по п. 5, в которой указанный каучуковый материал, который набухает в сырой нефти, выбран из группы: этилен-пропиленовый каучук (ЕРМ и EPDM); этилен-пропилен-диеновый терполимерный каучук (ЕРТ); бутилкаучук (IIR); бромированный бутилкаучук (BIIR); хлорированный бутилкаучук (CIIR); стирол-бутадиеновый сополимерный каучук (SBR); и силиконовые каучуки (VMQ) и их комбинации; и в которой указанный резиновый материал, который не набухает в сырой нефти, выбран из группы: акрилонитрил-бутадиеновый сополимер (нитрилкаучук NBR); гидрированный NBR (HNBR), такой как ZETPOL™, TERBAN™; NBR с реакционно-способными группами (X-NBR); хлорированный полиэтилен (СМ/CPE); неопреновый каучук (CR); сополимер эпихлоргидрина и оксида этилена (СО, ЕСО); сульфированный полиэтилен (CSM); этилакрилатный каучук (ЕАМ/АЕМ); фторсиликоновый каучук (FVMQ), перфторкаучуки (FFKM), такие как KALREZ™, CHEMRAZ™; фторкаучуки (FKM), такие как VITON™, FLUOREL™; тетрафторэтилен/пропилен (TFE/P), такой как AFLAS™; и их комбинации.
7. Композиция по любому из пп. 1 или 2, в которой указанная жидкость является водой и в которой указанный прекурсор может быть превращен в соединение, которое растворимо в воде.
8. Продукт, включающий композицию по любому из пп. 1-7, продукт, который находится в виде средства расширяющегося типа, прокладки или уплотнения.
9. Способ использования композиции по любому из пп. 1-7, который включает размещение композиции в заданном месте и превращение указанного прекурсора в соединение, растворимое в жидкости, позволяя при этом указанной композиции быть в контакте с указанной жидкостью до, во время и/или после указанного превращения указанного прекурсора.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL2007533 | 2011-10-04 | ||
| NL2007533 | 2011-10-04 | ||
| PCT/NL2012/050695 WO2013051937A1 (en) | 2011-10-04 | 2012-10-04 | Swellable elastomeric polymer materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014117726A RU2014117726A (ru) | 2015-11-10 |
| RU2619317C2 true RU2619317C2 (ru) | 2017-05-15 |
Family
ID=47116218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014117726A RU2619317C2 (ru) | 2011-10-04 | 2012-10-04 | Набухающие эластомерные полимерные материалы |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20140249260A1 (ru) |
| EP (1) | EP2764042B1 (ru) |
| RU (1) | RU2619317C2 (ru) |
| WO (1) | WO2013051937A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2786887C1 (ru) * | 2021-12-26 | 2022-12-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук" | Полимерный комплекс хлорида кальция |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103408810A (zh) * | 2013-07-01 | 2013-11-27 | 芜湖市银鸿液压件有限公司 | 一种液压缸用密封垫及其制备方法 |
| US20160289510A1 (en) * | 2013-11-15 | 2016-10-06 | Ruma Products Holding B.V. | Swellable seals and their use |
| US9840553B2 (en) | 2014-06-28 | 2017-12-12 | Kodiak Sciences Inc. | Dual PDGF/VEGF antagonists |
| WO2016061562A2 (en) | 2014-10-17 | 2016-04-21 | Kodiak Sciences Inc. | Butyrylcholinesterase zwitterionic polymer conjugates |
| CN105111547A (zh) * | 2015-08-17 | 2015-12-02 | 合肥市再德高分子材料有限公司 | 一种高寿命高力学性能橡胶材料 |
| CN106609004A (zh) * | 2015-10-26 | 2017-05-03 | 辽宁华隆电力科技股份有限公司 | 一种间隔棒用阻尼橡胶及制备方法 |
| WO2018191548A2 (en) | 2017-04-14 | 2018-10-18 | Kodiak Sciences Inc. | Complement factor d antagonist antibodies and conjugates thereof |
| WO2021072265A1 (en) | 2019-10-10 | 2021-04-15 | Kodiak Sciences Inc. | Methods of treating an eye disorder |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU44351A1 (ru) * | 1935-04-08 | 1935-09-30 | Э.Э. Тильман | Способ получени искусственных губок |
| SU804647A1 (ru) * | 1978-03-02 | 1981-02-15 | Ордена Ленина Институт Элементо-Органических Соединений Ah Cccp | Способ получени макросетчатыхпОлиМЕРОВ СТиРОлА |
| RU2109769C1 (ru) * | 1995-06-21 | 1998-04-27 | Московская государственная академия прикладной биотехнологии | Способ формирования пор с заданными параметрами в химстойком полимерном материале |
| EA008390B1 (ru) * | 2003-07-29 | 2007-04-27 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Система изолирования пространства ствола скважины |
| US20090120640A1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-05-14 | David Kulakofsky | Methods of Integrating Analysis, Auto-Sealing, and Swellable-Packer Elements for a Reliable Annular Seal |
| RU2362006C2 (ru) * | 2003-11-25 | 2009-07-20 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Надувной пакер с набухающим слоем |
| US20090205841A1 (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-20 | Jurgen Kluge | Downwell system with activatable swellable packer |
-
2012
- 2012-10-04 US US14/349,141 patent/US20140249260A1/en not_active Abandoned
- 2012-10-04 WO PCT/NL2012/050695 patent/WO2013051937A1/en active Application Filing
- 2012-10-04 EP EP12780310.4A patent/EP2764042B1/en active Active
- 2012-10-04 RU RU2014117726A patent/RU2619317C2/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU44351A1 (ru) * | 1935-04-08 | 1935-09-30 | Э.Э. Тильман | Способ получени искусственных губок |
| SU804647A1 (ru) * | 1978-03-02 | 1981-02-15 | Ордена Ленина Институт Элементо-Органических Соединений Ah Cccp | Способ получени макросетчатыхпОлиМЕРОВ СТиРОлА |
| RU2109769C1 (ru) * | 1995-06-21 | 1998-04-27 | Московская государственная академия прикладной биотехнологии | Способ формирования пор с заданными параметрами в химстойком полимерном материале |
| EA008390B1 (ru) * | 2003-07-29 | 2007-04-27 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Система изолирования пространства ствола скважины |
| RU2362006C2 (ru) * | 2003-11-25 | 2009-07-20 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Надувной пакер с набухающим слоем |
| US20090120640A1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-05-14 | David Kulakofsky | Methods of Integrating Analysis, Auto-Sealing, and Swellable-Packer Elements for a Reliable Annular Seal |
| US20090205841A1 (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-20 | Jurgen Kluge | Downwell system with activatable swellable packer |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2786887C1 (ru) * | 2021-12-26 | 2022-12-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук" | Полимерный комплекс хлорида кальция |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2764042B1 (en) | 2023-08-16 |
| EP2764042A1 (en) | 2014-08-13 |
| WO2013051937A1 (en) | 2013-04-11 |
| RU2014117726A (ru) | 2015-11-10 |
| US20140249260A1 (en) | 2014-09-04 |
| EP2764042C0 (en) | 2023-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2619317C2 (ru) | Набухающие эластомерные полимерные материалы | |
| US9976383B2 (en) | Traceable polymeric additives for use in subterranean formations | |
| AU2004260885B2 (en) | System for sealing a space in a wellbore | |
| AU2007263592B2 (en) | Swellable elastomers and associated methods | |
| NO346607B1 (no) | Oljefeltapparat og metode som er omfattende svellbare elastomerer | |
| WO2013092595A1 (en) | Compositions and methods for well completions | |
| WO2014066093A1 (en) | Methods for maintaining zonal isolation in a subterranean well | |
| WO2013070082A1 (en) | Use of swellable elastomeric polymer materials | |
| US9556702B2 (en) | Compositions and methods for well completions | |
| AU2011218707A1 (en) | Swellable elastomers and associated methods | |
| US20230265736A1 (en) | Downhole seal and method of setting a downhole seal | |
| US20130092401A1 (en) | Method and Flexible Bodies for Subterrain Sealing |