[发明专利]可膨胀的橡胶组合物

说明书

本公开涉及可膨胀的组合物，诸如此类的，例如，包括高吸水性聚合物。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年7月14日提交的申请号为62/192,461的美国临时专利申请的优先权。上述申请的内容在此全部以引用的形式并入本文。

技术领域

本公开涉及可膨胀的橡胶组合物，更具体地涉及与例如包括可膨胀的封隔器的油气田设备一起使用的可膨胀的橡胶组合物。本公开还涉及用于密封井壁和封隔器-导管组件之间的区域的系统和方法。

背景技术

以往，井导管在钻井孔中被水泥固合到合适的位置。然而，水泥的使用有时是不可取的，因为它可能会减少或干扰井的生产。随着非水泥井(non-cemented well)的引入，开始使用裸眼封隔器。最初，封隔器的设计本质上是机械的，并且，最终引入了可膨胀的封隔器。

可膨胀的封隔器最初设计为在接触油基流体时膨胀。最近，在水基流体(如盐水)存在下膨胀的可膨胀的封隔器也在使用中。然而，这些可膨胀的封隔器也有缺点，因为橡胶组合物在井中使用不总是能被接受的，和/或当橡胶接触到含盐地层水(saline formationwater)时，橡胶不能充分膨胀。此外，在井作业期间，经常需要尽可能快地使封隔器膨胀。如果封隔器的膨胀速率过低，井作业将会延迟，这对井经营者来说是非常昂贵的。因此，需要可膨胀的封隔器在井底条件下(例如，盐碱环境，高温)具有足够的膨胀速率并保持高压力。

本领域已经使用颗粒状的高吸水性聚合物(SAP)生产可膨胀的封隔器，因为颗粒状的SAP在高温下获得很高的体积膨胀。颗粒状的SAP颗粒比非颗粒状的SAP颗粒更便宜，并且膨胀速度更快。通常认为相比于较小的/非颗粒状的SAP颗粒，较大的SAP颗粒更好，因为较大的颗粒会导致更快的膨胀速率和更大的膨胀区域。然而，令人惊讶的是，与较大的SAP颗粒相关联的高水平的浸出不仅降低了这些化合物的膨胀势(swell potential)，而且浸出在橡胶中产生大的穿孔。这些穿孔产生的薄弱点会导致橡胶受力时失效。类似于穿孔的纸受力时会在穿孔线处裂开。

此外，越多量的颗粒状SAP混入弹性体组合物时，弹性体组合物可能越难加工。例如，较高水平的颗粒状SAP可能导致不可接受的混合水平，并且颗粒状SAP可能不会被适当地并入到组合物中。简言之，在可膨胀的封隔器中，期望获得可膨胀的封隔器中的SAP的更高的负载量，但不是以牺牲封隔器的其他的物理和/或化学特性或牺牲用于形成可膨胀的封隔器的弹性体组合物的加工为代价。

本发明的目的是制造一种具有高负载量SAP的可膨胀的弹性体组合物，其中，在可膨胀的封隔器的加工过程中、成型和/或固化后、以及当它被投入使用时，组合物具有可接受的物理和/或化学性质。

意外发现，通过使用粉末状SAP，更高负载量的粉末状SAP可以被掺入弹性体组合物(与负载颗粒状SAP相比)，并且在可膨胀的封隔器加工过程中、成型和/或固化后、以及当它在钻井孔中被投入使用时，可膨胀的组合物具有可接受的物理和/或化学特性。

也出乎意料地发现，如本文所公开的，弹性体组合物中的更高负载量的粉末状SAP导致封隔器在承受发生在钻井孔中的高温和/或高压条件时在盐水中具有优异的膨胀速率，低浸出和可接受的物理和/或化学性质。

本公开涉及弹性体组合物和可膨胀的封隔器，其实现可预测的和适宜的膨胀速率(膨胀作为时间的函数)，这样封隔器可以以更及时的方式承受更高的压力。

本公开也涉及这样的可膨胀的封隔器，当其受到盐水型条件、更高的温度条件和/或更高的压力条件(例如可能发生在钻井孔中的那些条件)时，具有可接受的物理和/或化学特性。

本公开涉及可膨胀的组合物，以及用这种可膨胀的组合物生产的封隔器，其以合适的可预测的速度和量膨胀，并且能够承受高压和高温而没有实质上的物理失效，例如撕裂和/或穿孔。