在使用催化剂的含水流体中使聚合物复合材料降解的方法技术

方法可以包括使穿过地下地层的井筒中的可降解聚合物与处理流体接触，其中所述处理流体用一种或多种聚合物降解催化剂来配制；并使可降解聚合物复合材料至少部分地降解。另一方面，方法可以涉及设计井筒处理，其包括确定一种或多种可降解聚合物的至少一种降解特性；基于所确定的值来配制含水处理流体，其中含水处理流体包含一种或多种聚合物降解催化剂；使可降解聚合物与含水流体接触；并使可降解聚合物至少部分地降解所述可降解聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在使用催化剂的含水流体中使聚合物复合材料降解的方法相关申请的交叉引用本申请要求2015年9月18日提交的标题为“Methodsofdegradingpolymercompositesinaqueousfluidsusingcatalysts”的美国申请序列号62/220,632的权益，其通过引用整体并入本文。
技术介绍
在地下地层或区域中的天然资源，例如天然气、石油和水可以通过在地层中钻出井筒并同时使各种井筒流体循环来回收。在随后的井筒作业中，许多工具和流体可能被放置在井筒内以执行各种功能。例如，可以使用诸如压裂塞、桥塞和封隔器之类的井筒工具通过建立抵靠着所放置套管或沿着井筒壁的密封件来将地层的一个压力区与另一压力区隔离。一旦井筒完成，可以在油气生产之前将生产油管和/或筛网放置在地层的一个或多个层段内。在生产作业过程中，采用防砂方法和/或装置来防止地层中的砂粒进入并堵塞生产筛管，以延长井的使用寿命。在井筒作业的所有阶段中使用的工具可以由适合于在井下环境中遇到的温度和压力下进行活动的各种材料来构造。此外，井下工具也可以配备有由性能材料制成的特殊部件，所述性能材料与工具本体的其余部分相同或不同，所述特殊部件例如密封件、人字形密封件、o形环、封隔器元件、垫圈和可移动部件，例如铲斗、套管和坠锤。
技术实现思路
提供本概述来介绍一系列概念，这些概念将在以下详述中进一步描述。本概述既不意图认定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用来帮助限制要求保护的主题的范围。在一个方面，本公开的实施方案涉及包括以下步骤的方法：使穿过地下地层的井筒中的可降解聚合物与处理流体接触，其中所述处理流体用一种或多种聚合物降解催化剂来配制；并使可降解聚合物复合材料至少部分地降解。另一方面，本公开的实施方案涉及设计井筒处理的方法，其包括确定一种或多种可降解聚合物的至少一种降解特性；基于确定的值来配制含水处理流体，其中含水处理流体包含一种或多种聚合物降解催化剂；使可降解聚合物与含水流体接触；并使可降解聚合物至少部分地降解。本方明的其他方面和优势通过以下描述和附加权利要求书而变得显而易知。附图说明在下面的详述中，通过本公开的非限制性实例、参考所述的多个附图来进一步描述本公开，其中在附图的几个视图中相同的参考数字表示类似的零件。图1是根据本公开的实施方案暴露于不同温度的水和各种催化剂的水溶液的聚合物样品随着时间的质量变化的图示；图2是根据本公开的实施方案的暴露于不同温度的水和各种催化剂水溶液的聚合物样品随着时间的体积变化的图示；图3是描绘根据本公开的水和催化剂水溶液的扩散常数的阿列纽斯曲线的图示；图4是历时7天并且在150℃下随着浸没在聚合物降解催化剂水溶液中的样品的催化剂暴露而变化的聚合物复合材料的聚合物重量损失百分比的图示(实心条：总重量损失％。图案条：聚合物重量损失％)；图5是描绘根据本公开的实施方案的暴露于AlCl3水溶液的聚酰胺复合材料的随着在150℃下的降解时间而变化的重量损失百分比的图示；图6是描绘根据本公开的实施方案的暴露于AlCl3水溶液的聚酰胺复合材料的随着在150℃下的降解时间而变化的重量损失百分比的图示；图7是描绘根据本公开的实施方案的暴露于各种含水催化剂制剂和采出水的聚酰胺复合材料在150℃下三天后的重量损失百分比的图示；图8和9是描绘根据本公开的实施方案的AlCl3催化剂溶液在各种温度下的一阶反应动力学的图示；图10是描绘根据本公开的实施方案的衰减全反射傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱，其显示在暴露于AlCl3催化剂溶液不同时间长度之前和之后的聚酰胺之间的比较；图11和12是描绘暴露于根据本专利技术的含水催化剂溶液的聚酰胺在各种温度下的结晶度变化的图示；和图13和14是描绘暴露于根据本专利技术的含水催化剂溶液的聚酰胺在各种温度下的压缩和拉伸强度的变化的图示。具体实施方式本文示出的细节是作为实例并且仅出于对本公开的实例的说明性讨论的目的，并且之所以呈现这些细节，是为了提供认为是对本公开的原理和概念方面的最有用和容易理解的描述的内容。有鉴于此，不应试图使所展示结构细节的详细程度超过必需的程度，而参考附图进行的描述会使得本领域的技术人员明白本公开的若干形式可如何在实践中实施。此外，各个附图中的相同参考数字和标号指示相同元件。在一个方面，本公开的实施方案涉及聚合物降解催化剂的用途，所述聚合物降解催化剂在接触或浸没在含有催化剂的水溶液中时加速可降解聚合物的水解。在一个或多个实施方案中，聚合物降解催化剂可作为可用于加速可降解聚合物或复合材料降解的酸、碱或酸或碱的前体加入到水溶液中。在一些实施方案中，聚合物降解催化剂可以包括产生路易斯酸的化合物，例如ZnCl2和AlCl3。在一些实施方案中，聚合物降解催化剂用于加速聚合物在井下条件，包括升高的温度和压力下的水解降解。例如，可以将含有根据本公开的聚合物降解催化剂的处理溶液引入到含有由可降解聚合物组成的或具有由所述可降解聚合物组成的一个或多个组件的工具的井筒中，以促进工具降解和/或改变工具的机械性能以便在随后的井筒作业之前帮助去除。如本文所用的术语“降解”是指将至少一部分可降解材料从第一物理状态转换为第二物理状态的任何过程。例如，降解可以是溶解、崩解、碎裂、变形、扭曲、膨胀或收缩的形式。可降解材料可通过与其环境的热、吸湿和/或化学相互作用或与机械、物理或化学触发物相互作用而改变其机械、物理和其他响应性能。它们必须提供可接受的瞬态性能，然后在井下环境中降解或溶解，从而节省钻取或取出设备所需的时间和成本。由于这种节省时间和成本的潜力，可降解材料对油田行业特别重要。可降解材料可用于区域隔离、桥接、堵塞或作为井下装置中的可降解部件/组件。在一些应用中，可降解材料需要具有一定的机械性能以在降解开始之前实现其预期功能。另一方面，本公开的实施方案涉及设计含有一种或多种聚合物降解催化剂的处理流体以溶解或削弱存在于井筒中的可降解聚合物以帮助去除的方法。例如，可以使用给定聚合物的物理和化学性质(例如数均分子量、通过聚合物的水扩散系数以及水解速率常数)的确定来配制处理流体。可能影响降解速率的因素包括催化剂的浓度、聚合物对水解的敏感性、反应温度和聚合物的结构以及内部对含水流体的可接近性，包括聚合物结构的交联度和孔隙率。在一些实施方案中，确定目标可降解聚合物的聚合物样品允许使用温度依赖性模型来预测井下条件下大块材料的降解行为，并且除了浓度和基础流体组成以外，有助于选择特定聚合物降解催化剂或催化剂。此外，基于对存在于井下的原生或添加的井筒流体的化学知识，可定制处理流体对于目标可降解聚合物的性能以确保足够的降解速率。根据本公开的方法可以结合使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)的测试，机械测试(例如InstronTM测试)和端基分析来分析特定可降解聚合物的水解降解性质。测试方法可以确定可降解聚合物的一系列特性，例如结晶度、分子量、机械强度、溶液中的质量损失、孔隙率、水解降解速率和通过可降解聚合物的流体扩散的变化。在一些实施方案中，可以在较小的样品上进行测试以使用温度依赖性建模来预测在井下条件下的大块材料的降解行为。聚合物降解催化剂根据本公开的聚合物降解催化剂可以被并入添加到含有可降解聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：使穿过地下地层的井筒中的可降解聚合物复合材料与处理流体接触，其中所述处理流体用一种或多种聚合物降解催化剂来配制；和使所述可降解聚合物复合材料至少部分地降解。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.18 US 62/220,6321.一种方法，其包括：使穿过地下地层的井筒中的可降解聚合物复合材料与处理流体接触，其中所述处理流体用一种或多种聚合物降解催化剂来配制；和使所述可降解聚合物复合材料至少部分地降解。2.如权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种聚合物降解催化剂是选自由以下组成的组中的一种或多种：TiCl4、FeCl3、ZnCl2、ZrCl2、AlCl3、GaCl3、BCl3、ZnF2、LiCl、MgCl2、AlF3、SnCl4、SbCl5、SbCl3、HfCl4、ReCl5、ScCl3、InCl3、BiCl3、NbCl5、MoCl3、MoCl5、SnCl2、TaCl5、WCl5、WCl6、ReCl3、TlCl3、SiCl4、FeCl2、CoCl2、CuCl、CuCl2、GeCl4、YCl3、OsCl3、PtCl2、RuCl3、VCl3、CrCl3、MnCl2、NiCl2、RhCl3、PdCl2、AgCl、CdCl2、IrCl3、AuCl、HgCl2、HgCl、PbCl2、硼酸钠、五硼酸钠和四硼酸钠。3.如权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种聚合物降解催化剂是ZnCl2或AlCl3中的至少一种。4.如权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种聚合物降解催化剂选自由以下组成的组：Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaCO3、NaOH、KOH、MgO、CaO、ZnO和硼酸盐。5.如权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种聚合物降解催化剂是一种或多种聚合物固体酸。6.如权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种聚合物降解催化剂的浓度在0.1wt％至15wt％的范围内。7.如权利要求1所述的方法，其中所述可降解聚合物复合材料含有一种或多种选自由以下组成的组的可水解键：酰胺、酰亚胺、酸酐、氨基甲酸酯、脲和酯。8.如权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种可降解聚合物是选自由以下组成的组中的一种或多种：聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚氨酯和聚酯。9.如权利要求1所述的方法，其中所述聚合物降解催化剂的浓度保持在可降解键与聚合物降解催化剂的摩尔数的摩尔比在10:1至1:1的范围内。10.如权利要求1所述的方法，其中所述可降解聚合物构成选自由以下组成的组的井下工具的全部或部分：密封球、封隔器、跨式封隔器组件、桥塞、压裂塞、突板、坠锤、底座和用于射孔枪的加载管。11.一种方法，其包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：SS朱，M阿马兰蒂，M曲，
申请(专利权)人：斯伦贝谢技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL