用于防止井筒流体漏失的聚异氰脲酸酯基水泥制造技术

本发明专利技术提供了一种油气井固井聚合物水泥，其包含脂族异氰酸酯、三聚催化剂和催化剂阻滞剂的反应产物，其中该反应在至少250℉（121℃）的温度下在井筒中发生。还提供了一种减少流体从油气井中漏失的方法，其包括通过在至少250℉（121℃）的温度下在井筒中组合脂族异氰酸酯、三聚催化剂和催化剂阻滞剂来产生聚异氰脲酸酯水泥。本发明专利技术的各种实施方案满足该应用所需的可控性和最小化的毒性。标准脂族多异氰酸酯减少了处理问题，同时提供了匹配该温度范围的反应性响应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于防止井筒流体漏失的聚异氰脲酸酯基水泥专利
本专利技术总体上涉及油气钻井，且更特别涉及在高于250℉（121℃）的井温范围下通过提供由聚异氰脲酸酯塑料制成的固体聚合物堵漏剂（plug）来防止创造油气井过程中钻井液的损失。专利技术背景从地下地层中回收资源（如天然气或石油）通常需要将井筒钻进至地层中，同时在井筒中循环钻井液（如水基或油基钻井泥浆）。钻井液通过钻杆（有时称为“钻柱”）向下流动，在与钻头相邻的位置处离开钻杆，随后通过钻杆外部与井筒壁之间形成的环形空间向上流动。钻井液的循环润滑钻头并从井筒中移除钻屑。在这样的资源回收工艺中遇到的一个问题是在钻井液在井筒中循环的过程中钻井液漏失到地下地层中（有时称为“井漏（lostcirculation）”的问题）。钻井液可能因各种原因漏失到地下地层中（而不是循环回到井筒中），例如地层的天然孔隙。井漏可能因若干原因而成问题，包括更换漏失钻井液的高成本和中断钻井直到井漏造成的问题（如钻头破裂）得以解决的需要。在油气井的钻井操作过程中钻井液漏失到裂隙、孔洞或碎裂的岩石地层中还可能产生安全问题。为了解决钻井液漏失的问题，有时将“堵漏材料”（“LCM”）注入井筒中以试图密封多孔地下地层的孔隙。一种常用的堵漏材料是水泥。但是，水泥作为LCM具有许多缺点：其仅具有有限的密封效力；其易于开裂；其要求非常长的时间（大约24小时）来固化；其粘度通常不允许其挤入到地下地层中的裂缝中；并且其必须保持不动才能固化。因此，还已提出了合成聚合物（如聚氨酯）用作堵漏材料。但是，作为LCM，聚氨酯也难以实施。例如，许多先前的形成聚氨酯的组合物具有短得无法接受的适用期（即活性氢官能组分（如多元醇）与异氰酸酯官能组分的组合保持可泵送的时间量）。因此，已经提出了复杂且繁琐的设备选项以使反应性组分在注入井筒的过程中保持分离。作为替代，已经提出了使用封闭型多异氰酸酯形成聚氨酯堵漏材料。但是，封闭型多异氰酸酯要求移除封闭剂以便使异氰酸酯基团与活性氢官能组分反应。当在压力下包含液体体系时，如在LCM应用中的情况那样，难以（如果不是不可能的话）移除封闭剂。此外，封闭型多异氰酸酯树脂的粘度通常极高。因此，在不使用溶剂和/或增塑剂的情况下它们可能非常难以沿井筒向下泵送，这会是不合意的。具有聚异氰脲酸酯结构的聚合物因其高温稳定性和阻燃性而闻名。例如，基于芳族二苯基甲烷4,4'-二异氰酸酯（MDI）的聚异氰脲酸酯泡沫因其非常低的导热性而被广泛使用，尤其用作高性能绝缘材料。因此，合意的是提供使用克服至少一部分前述问题的处理组合物来处理地下地层中的井筒的改进方法。在本领域中需要创造可以在各种井下温度下在漏失区域中通过凝固来防止漏失的有效的聚合物堵漏剂或水泥。尤其具有挑战性的是创造在250℉（121℃）至300℉（149℃）的井下温度下稳定的堵漏剂。专利技术概述因此，本专利技术通过使用三聚化多异氰酸酯作为实现在温度下的可控聚合反应以便在井下环境中在高达300℉（149℃）的温度下提供固体聚合物堵漏剂的手段有助于缓解本领域中固有的问题。本专利技术的各种实施方案以高于250℉（121℃）的井温范围为目标，在该温度范围内控制双组分聚氨酯基水泥的反应性变得不可行。三聚催化剂在可以在高于250℉（121℃）的温度下控制的反应中由液体异氰酸酯产生固体凝胶。存在可以促进液体单体异氰酸酯和聚合异氰酸酯的三聚反应的若干种类型的催化剂。各种实施方案满足了该应用所需的可控性和最小化的毒性。标准脂族多异氰酸酯减少了处理问题，同时提供了匹配该温度范围的反应性响应。要理解的是本说明书中公开和描述的专利技术不限于该概述中概括的实施方案。本专利技术的这些和其它优点及益处将从下文中的专利技术详述中显现。附图简述现在将出于例示而非限制的目的结合附图对本专利技术进行描述，在附图中：图1显示了在300℉（149℃）和1个大气压下凝胶时间vs.对于0.5%催化剂的阻滞剂百分比的图；图2显示了在300℉（149℃）下凝胶时间vs.对于0.05%催化剂的阻滞剂百分比的图；和图3图解了凝胶时间vs.辛酸钾的催化剂水平的图。专利技术详述在本说明书中描述和例示了各种实施方案以提供对（一个或多个）所公开的专利技术的结构、功能、操作、用途和制造的全面理解。本文中描述和例示的各种实施方案是非限制性和非穷举性的。因此，本专利技术不受本文中公开的各种非限制性和非穷举性的实施方案的描述限制。而是，本专利技术仅由权利要求书来限定。联系各种实施方案例示和/或描述的特征和特性可以与其它实施方案的特征和特性组合。这样的修改和变动意在包括在本说明书的范围内。因此，可以修改权利要求书以列举本说明书中明确或固有描述的或本说明书以其它方式明确或固有支持的任何特征或特性。此外，申请人保留修改权利要求书以肯定地放弃现有技术中可能存在的特征或特性的权利。因此，任何这样的修改都符合35U.S.C.§112和35U.S.C.§132(a)的要求。本说明书中公开和描述的各种实施方案可包含如本文中各式各样描述的特征和特性、由这些特征和特性组成或基本上由这些特征和特性组成。除非另行说明，否则本文中指定的任何专利、出版物或其它资料经此引用以其全文并入本文，但仅在并入的资料不与本文中明确阐述的现有定义、陈述或其它公开资料冲突的程度上。因此和在必要的程度上，如本文中阐述的明示公开内容取代经此引用并入本文的任何冲突的资料。据称经此引用并入本文但与本文中阐述的定义、陈述或其它公开资料冲突的任何资料或其部分仅在并入的资料与本公开之间不发生冲突的程度上并入。申请人保留修改本说明书以明确列举经此引用并入本文的任何主题或其部分的权利。在本说明书通篇提到“某些实施方案”、“一些实施方案”、“各种非限制性实施方案”等是指在实施方案中可包括特定的特征或特性。因此，在本说明书中使用此类短语或类似短语不一定是指同一实施方案，并且可能是指不同实施方案。此外，特定的特征或特性可以在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。因此，联系各种实施方案例示或描述的特定的特征或特性可以非限制性地完全或部分与一个或多个其它实施方案的特征或特性组合。这样的修改和变动意在包括在本说明书的范围内。以这种方式，本说明书中描述的各种实施方案是非限制性和非穷举性的。在一些实施方案中，本专利技术采用通过包含低聚多异氰酸酯且单体二异氰酸酯含量低的多异氰酸酯组合物的催化三聚获得的聚异氰脲酸酯塑料，其中“单体二异氰酸酯含量低”是指该多异氰酸酯组合物具有不超过20重量%的单体二异氰酸酯含量。在一些实施方案中，可用于本专利技术的聚异氰脲酸酯塑料通过包括以下步骤的方法来制备：a）提供包含低聚多异氰酸酯且单体二异氰酸酯含量低的多异氰酸酯组合物，其中“单体二异氰酸酯含量低”是指该多异氰酸酯组合物具有不超过20重量%的单体二异氰酸酯含量；和b）催化三聚该多异氰酸酯组合物。下文中更详细描述的本专利技术的实施方案基于如下令人惊讶的观察结果：通过低单体含量的低聚多异氰酸酯组合物的催化三聚，有可能获得聚异氰脲酸酯塑料，其具有许多有利的性质，并且特别可用于在井下环境中在高达300℉（149℃）下提供固体聚合物堵漏剂。本专利技术的各种实施方案涉及作为在井下环境中在高于250℉（121℃）的温度下实现可控聚合反应的手段的脂族多异氰酸酯的三聚反应。脂族多异本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.聚合物油气井固井水泥，其包含脂族异氰酸酯、三聚催化剂和催化剂阻滞剂的反应产物，其中所述反应在至少250℉（121℃）的温度下在井筒中发生。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.30 US 14/9281081.聚合物油气井固井水泥，其包含脂族异氰酸酯、三聚催化剂和催化剂阻滞剂的反应产物，其中所述反应在至少250℉（121℃）的温度下在井筒中发生。2.根据权利要求1所述的聚合物油气井固井堵漏剂，其中所述脂族异氰酸酯选自亚乙基二异氰酸酯；1,4-四亚甲基二异氰酸酯；1,6-六亚甲基二异氰酸酯（HDI）；2,2,4-三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯；1,12-十二亚甲基二异氰酸酯；1-异氰酸根合-3-异氰酸根合甲基-3,5,5-三甲基环己烷（异佛尔酮二异氰酸酯或IPDI）；双(4-异氰酸根合环己基)甲烷（H12MDI）；环己烷1,4-二异氰酸酯；双(4-异氰酸根合-3-甲基环己基)甲烷；其任何异构体；或其任何组合。3.根据权利要求1和2之一所述的聚合物油气井固井堵漏剂，其中所述三聚催化剂选自乙酸钾、辛酸锡、辛酸钾、三丁基氧化锡、甲基胆碱和苄基三甲基氢氧化铵（TRITONB）。4.根据权利要求1至3任一项所述的聚合物油气井固井堵漏剂，其中所述催化剂是辛酸锡或辛酸钾且所述催化剂阻滞剂包含辛酸。5.根据权利要求1至3任一项所述的聚合物油气井筒，其中井筒温度为250℉（121℃）至300℉（149℃）。6.减少流体从油气井中漏失的方法，其包括通过在至少250℉（121℃）的温度下在井筒中组合脂族异氰酸酯、三聚催化剂和催化剂阻滞剂来产生聚异氰脲酸酯水泥。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述脂族异氰酸酯选自亚乙基二异氰酸酯；1,4-四亚甲基二异氰酸酯；1,6-六亚甲基二异氰酸酯（HDI）；2,2,4-三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯；1,12-十二亚甲基二异氰酸酯；1-异氰酸根合-3-异氰酸根合甲基-3,5,5-三甲基环己...

【专利技术属性】
技术研发人员：DP兹林斯基，MK杰夫里斯，
申请(专利权)人：科思创有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US