可溶性聚氨酯橡胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种可溶性聚氨酯橡胶及其制备方法和应用，所述可溶性聚氨酯橡胶包括如下重量份数的原料：聚氨酯橡胶95‑105份，交联剂0.5‑3份，补强剂10‑50份，助剂0.5‑50份和水解剂10‑60份。本发明专利技术的可溶性聚氨酯橡胶，通过调节物料组成和配比，使其在保证良好的耐压的前提下，在室温下即可快速完全水解，且水解速度可控，能够满足储层改造技术中对可溶性耐压产品的使用要求。

【技术实现步骤摘要】
可溶性聚氨酯橡胶及其制备方法和应用
本专利技术属于橡胶合成
，具体涉及一种可溶性聚氨酯橡胶及其制备方法和应用。
技术介绍
常见的储层改造技术为分段压裂技术，常规的分段压裂技术是利用机械封隔器进行分层改造的，但是此技术施工步骤复杂，压裂施工成本高，尤其是在超深、高温高压等复杂井况条件下，分段压裂效果更难以保证。鉴于此，发展了化学暂堵、投球暂堵等技术，投放高强度水溶封隔器封堵已压裂的裂缝，并提高缝内应力从而迫使流体转向，促使次级裂缝的开片，达到压开新裂缝的目的。桥塞、封堵器等是油气井中用于封层的设备，具有施工工序少、周期短、卡封位置准确等的特点，因此在油气井采油、维修等领域中得到了广泛的应用。在实际生产作业时，采用桥塞或封堵器对油气井进行封堵后，如需对该油气井进行继续施工，往往需要采用专用的设备对桥塞或封堵器进行专业的钻通处理或打捞，以去除封堵效果。但是钻通和打捞桥塞或封堵器的过程均较为复杂，操作和施工难度较大。另外，现有用于封层的设备还普遍存在水解性差、降解率低、水解速度慢等问题，以及具有抗压强度低、抗高温稳定性差、水解时间长、低温水解速率慢甚至不能水解等缺陷，会直接影响到压裂施工。为解决上述问题，也有部分油气井中采用可溶耐压产品替代上述可钻式和可捞式耐压产品。现有的可溶耐压产品一般采用普通橡胶制备得到，例如聚酯类聚氨酯橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、天然橡胶和丁腈橡胶等，而普通的橡胶制品虽然能够做到遇水水解，但是水解时间长，一般大约需要2周时间，低温时水解速率更慢甚至不能水解，仍旧保持着完整的橡胶特性，尤其是，井下作业的温度等条件通常不固定，而普通橡胶的水解时间在不同条件下也就更加不好控制。因此，如何研发出一种可溶性的耐压材料，使其在一定时间内保持一定耐压值，同时水解时间和水解速率可控的新材料，仍然是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可溶性聚氨酯橡胶，通过调节物料组成和配比，使其在保证良好的耐压的前提下，在室温下即可快速完全水解，且水解速度可控，能够满足储层改造技术中对可溶性耐压产品的使用要求。本专利技术还提供了上述可溶性聚氨酯橡胶的制备方法，工艺简单，便于工业化生产。本专利技术还提供了上述可溶性聚氨酯橡胶在制备耐压产品中的应用。本专利技术还提供了一种可溶性耐压制品，由上述的可溶性聚氨酯橡胶制备得到，不仅能够耐高压，而且还能在油气井作业环境下的预设时间内水解，满足当前油气井开采作业的使用需求。本专利技术还提供了上述可溶性耐压制品在储层改造技术中的应用，不仅满足储层改造技术中的耐压需求，同时还能够在低温下预设时间内水解，具有很好的应用前景。本专利技术提出的技术方案是：第一方面，本专利技术提出一种可溶性聚氨酯橡胶，包括如下重量份数的原料：聚氨酯橡胶95-105份，交联剂0.5-3份，补强剂10-50份，助剂0.5-50份和水解剂10-60份。本专利技术的可溶性聚氨酯橡胶，通过调节物料组成和配比，使其在保证良好的耐压的前提下，在室温下即可快速完全水解，且水解速度可控，能够满足储层改造技术中对可溶性耐压产品的使用要求。在本专利技术的具体实施方式中，作为基体橡胶材料，该聚氨酯橡胶一般选择聚氨酯橡胶(polyurethanerubber)。聚氨酯橡胶是一种分子量较低(约2万-3万)的由聚醚或聚酯柔性链段和氨基甲酸酯刚性链段构成的线形聚合物。在本专利技术具体实施方式中，所用的聚氨酯橡胶为聚酯类聚氨酯橡胶，其分子主链上含有大量的酯基，该酯基可在特定条件下发生水解，从而使大分子链断裂，断裂后的小分子可以水解于水中，从而实现水解。上述聚酯类聚氨酯橡胶可自制得到，也可商购获得。例如，可以是美国TSE公司提供的系列聚酯型聚氨酯橡胶产品，包括66、76、5004、28、HT等；还可以是RheinChemie公司提供的Urepan系列聚酯型聚氨酯橡胶产品，包括Urepan600、Urepan640G、Urepan641G等；也可以是华纳百川公司生产的UR401和UR201等，本专利技术对此不作特别限定。在本专利技术中，水解剂利用原电池反应产生热量用于提高水溶性聚氨酯橡胶的水解速率，能满足低温条件下也能水解，能够改善水溶性聚氨酯橡胶的耐压性能。在本专利技术的具体实施方式中，所述水解剂包括重量比约为1:1:1:2:2:0-8:2-8:2-10，例如1:1:1:2:2:6:6:6的碳酸钠、焦炭粉、活性炭、焙烧硅藻土、氯化钠、氧化钙、铁粉和铝粉。专利技术人研究发现，碳酸钠和氧化钙可以快速地引入水分，加快水解反应速度，缩短水溶性聚氨酯橡胶的水解时间。相较而言，氧化钙促进水解的效果要优于碳酸钠。并且，在一定程度上，氧化钙的加入量越大，水解反应速度增幅越大，但当加入量达到一定程度，水解反应速率反而略有下降，一般需要控制氧化钙的加入量。活性炭是吸湿防止铁粉在使用之前就被氧化。焦炭粉具有机械强度高，多孔隙率，吸附性能好。焙烧硅藻土、活性炭和焦炭粉均有吸附作用，能快速吸收水，且能增大反应面积。氯化钠是电解质，促进原电池反应。铁粉、铝粉作为阴极得电子发生原电池反应，提供热量。其主要反应原理为：首先氧化钙与水反应生成熟石灰，放出大量的热，在该热量下，熟石灰与碳酸钠反应生成碳酸钙和氢氧化钠，最后氢氧化钠溶液中发生原电池氧化还原反应进一步放出热量，铝粉得电子与氢氧根反应生成偏铝酸根，铁粉与水得电子生成氢氧根、放出氢气。总反应就是水、铝粉、氢氧化钠反应生成偏铝酸钠、氢气、氧气的过程，反应过程放出大量的热，促进聚氨酯橡胶的水解。反应过程如下：第一步：氧化钙与水反应生成熟石灰，放出大量的热；CaO+H2O＝Ca(OH)2第二步：氢氧化钙与碳酸钠反应生成碳酸钙和氢氧化钠；Ca(OH)2+Na2CO3＝CaCO3+2NaOH第三步：氢氧化钠溶液中发生原电池氧化还原反应进一步放出热量；铝粉：Al+3e-+4OH-＝AlO2-+2H2O铁粉：2H2O+2e-＝2OH-+H2总反应：4H2O+2Al+2NaOH＝5H2+2NaAlO2+O2本专利技术中，交联剂的主要作用是使聚氨酯生胶进行交联，可提高水溶性聚氨酯橡胶的拉伸强度，但过度交联也会影响其断裂伸长率，仍然不能满足使用需求。具体的，可使用有机过氧化物作为交联剂，比如过氧化二异丙苯(DCP)、二-(叔丁基过氧异丙基)苯(BIBP)和2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷(俗称“双二五”)等。本专利技术中，补强剂用于改善水溶性聚氨酯橡胶的耐压性能，尤其可增加水溶性聚氨酯橡胶的刚性，提高其耐压性能。在本专利技术具体实施过程中，所用的补强剂为炭黑。上述炭黑可以是橡胶加工中所常用的炭黑产品，比如炭黑N550、N330、炭黑N220和炭黑N110等。专利技术人研究发现，采用炭黑N330，不仅能够改善水溶性聚氨酯橡胶的耐压性能，提高其刚性，而且随着炭黑N330用量增加，水溶性聚氨酯橡胶在水中的水解速度也随之增加，水解所需时间相应缩短。并且相较于炭黑N220，炭黑N330水解时间短，力学性能相差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可溶性聚氨酯橡胶，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚氨酯橡胶95-105份，交联剂0.5-3份，补强剂10-50份，助剂0.5-50份和水解剂10-60份。/n

【技术特征摘要】
1.一种可溶性聚氨酯橡胶，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚氨酯橡胶95-105份，交联剂0.5-3份，补强剂10-50份，助剂0.5-50份和水解剂10-60份。


2.根据权利要求1所述的可溶性聚氨酯橡胶，其特征在于，所述水解剂包括重量比为1:1:1:2:2:1-8:6:1-10的碳酸钠、焦炭粉、活性炭、焙烧硅藻土、氯化钠、氧化钙、铁粉和铝粉。


3.根据权利要求1或2所述的可溶性聚氨酯橡胶，其特征在于，所述补强剂选自炭黑N550、炭黑N330、炭黑N220和炭黑N110中的至少一种。


4.根据权利要求1或2所述的可溶性聚氨酯橡胶，其特征在于，所述聚氨酯橡胶为混炼型聚氨酯橡胶。


5.根据权利要求1-4任一项所述的可溶性聚氨酯橡胶，其特征在于，所述可溶性橡胶是通过将所述原料混炼并静置7-9h后硫化得到的。

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【专利技术属性】
技术研发人员：江云超，丛川波，孟晓宇，张晓灿，周琼，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11