|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Способ изготовления скважинного фильтрующего устройства, при осуществлении которого: (а) смешивают изоцианат с полиолом с образованием пенополиуретанового материала с открытыми порами, имеющего исходный расширенный объем; (б) сжимают пенополиуретановый материал при температуре выше его температуры стеклования T g с уменьшением исходного расширенного объема до сжатого объема; (в) снижают температуру сжатого пенополиуретанового материала до температуры ниже T g , при которой пенополиуретановый материал сохраняет сжатый объем; и (г) покрывают внешнюю поверхность сжатого пенополиуретанового материала оболочкой, выбранной из группы, состоящей из пленки поли(винилового спирта), слоя полиэфирной полиуретановой пластмассы, слоя полиэфирной пластмассы и их сочетания. 2. Способ по п.1, в котором в качестве полиола используют смесь полиола и воды. 3. Способ по п.1, в котором в качестве полиола используют поликарбонатный полиол. 4. Способ по п.1 или 3, в котором используют полиол, дополнительно включающий удлинитель цепи, выбранный из группы, включающей ароматический диамин диметилтиотолуолдиамин (ДМТДА), 4,4'-метилен бис(2-хлоранилин) ("МОСА"), триметиленгликоль ди-р-аминобензоат ("MCDEA"). 5. Способ по п.4, в котором удлинитель цепи включает ароматический диамин. 6. Способ по п.1 или 3, в котором используют полиол, который дополнительно включает воду, удлинитель цепи и катализатор, выбранный из группы, состоящей из катализаторов на основе амина, катализаторов на основе металла и их смеси. 7. Способ по п.1 или 3, в котором используют полиол, который дополнительно включает воду, удлинитель цепи, катализатор и поверхностно-активное вещество. 8. Способ по п.1 или 3, в котором полиол предварительно нагревают по меньшей мере до 90°С перед смешением с изоцианатом. 9. Способ по п.1 или 3, в котором на стадии (а) дополнительно осуществляют отверждение пенополиуретанового материала в форме и затем нагрев пенополиуретанового материала до температуры выше 110°С. 10. Способ по п.1 или 3, в котором на стадии (а) осуществляют смешение эквивалентных масс изоцианата и полиола. 11. Способ по п.1 или 3, в котором на стадии (а) осуществляют смешение изоцианата и полиола в смесителе по меньшей мере за 10 с и отверждение пенополиуретанового материала в форме при комнатной температуре в течение по меньшей мере около 2 ч. 12. Способ по п.11, в котором на стадии (а) дополнительно после отверждения пенополиуретанового материала нагревают его при температуре по меньшей мере около 110°С в течение по меньшей мере 8 ч.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Способ изготовления скважинного фильтрующего устройства, при осуществлении которого: (а) смешивают изоцианат с полиолом с образованием пенополиуретанового материала с открытыми порами, имеющего исходный расширенный объем; (б) сжимают пенополиуретановый материал при температуре выше его температуры стеклования T g с уменьшением исходного расширенного объема до сжатого объема; (в) снижают температуру сжатого пенополиуретанового материала до температуры ниже T g , при которой пенополиуретановый материал сохраняет сжатый объем; и (г) покрывают внешнюю поверхность сжатого пенополиуретанового материала оболочкой, выбранной из группы, состоящей из пленки поли(винилового спирта), слоя полиэфирной полиуретановой пластмассы, слоя полиэфирной пластмассы и их сочетания. 2. Способ по п.1, в котором в качестве полиола используют смесь полиола и воды. 3. Способ по п.1, в котором в качестве полиола используют поликарбонатный полиол. 4. Способ по п.1 или 3, в котором используют полиол, дополнительно включающий удлинитель цепи, выбранный из группы, включающей ароматический диамин диметилтиотолуолдиамин (ДМТДА), 4,4'-метилен бис(2-хлоранилин) ("МОСА"), триметиленгликоль ди-р-аминобензоат ("MCDEA"). 5. Способ по п.4, в котором удлинитель цепи включает ароматический диамин. 6. Способ по п.1 или 3, в котором используют полиол, который дополнительно включает воду, удлинитель цепи и катализатор, выбранный из группы, состоящей из катализаторов на основе амина, катализаторов на основе металла и их смеси. 7. Способ по п.1 или 3, в котором используют полиол, который дополнительно включает воду, удлинитель цепи, катализатор и поверхностно-активное вещество. 8. Способ по п.1 или 3, в котором полиол предварительно нагревают по меньшей мере до 90°С перед смешением с изоцианатом. 9. Способ по п.1 или 3, в котором на стадии (а) дополнительно осуществляют отверждение пенополиуретанового материала в форме и затем нагрев пенополиуретанового материала до температуры выше 110°С. 10. Способ по п.1 или 3, в котором на стадии (а) осуществляют смешение эквивалентных масс изоцианата и полиола. 11. Способ по п.1 или 3, в котором на стадии (а) осуществляют смешение изоцианата и полиола в смесителе по меньшей мере за 10 с и отверждение пенополиуретанового материала в форме при комнатной температуре в течение по меньшей мере около 2 ч. 12. Способ по п.11, в котором на стадии (а) дополнительно после отверждения пенополиуретанового материала нагревают его при температуре по меньшей мере около 110°С в течение по меньшей мере 8 ч.
Евразийское 026068 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.02.28
(21) Номер заявки 201300644
(22) Дата подачи заявки 2009.10.07
(51) Int. Cl.
E21B 43/08 (2006.01) E21B 43/10 (2006.01)
(54)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СКВАЖИННОГО ФИЛЬТРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА С ПЕНОПОЛИУРЕТАНОМ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ
(31) 12/250,062
(32) 2008.10.13
(33) US
(43) 2013.09.30
(62) 201100614; 2009.10.07
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
БЕЙКЕР ХЬЮЗ ИНКОРПОРЕЙТЕД
(US)
(72) Изобретатель:
Дуань Пин, Макэлфреш Пол М. (US)
(74) Представитель:
Веселицкая И.А., Кузенкова Н.В., Веселицкий М.Б., Каксис Р.А., Белоусов Ю.В., Куликов А.В., Кузнецова Е.В. (RU)
(56) US-A1-20070240877 US-B2-7048048 US-A-6043290 US-A-5910357
(57) В изобретении описан способ изготовления скважинного фильтрующего устройства. Способ включает смешение изоцианатной части, содержащей изоцианат, с полиольной частью, содержащей полиол, для образования пористого пенополиуретанового материала. Пористый пенополиуретановый материал имеет исходный расширенный объем, его сжимают при температуре выше его температуры стеклования Tg для уменьшения исходного расширенного объема до сжатого транспортного объема. Температура сжатого пенополиуретанового материала снижается до температуры ниже Tg, однако пенополиуретановый материал сохраняет свой сжатый транспортный объем. Способ дополнительно включает покрытие внешней поверхности сжатого пенополиуретанового материала оболочкой, которой может быть растворимая в текучей среде полимерная пленка и/или слой пластмассы, термически разлагаемый в жидкости. Оказавшись на месте в скважине и при контактировании с жидкостью в течение данного времени при данной температуре, фильтрующие устройства расширяются и полностью адаптируются к стволу скважины для предотвращения выноса из формации нежелательных твердых частиц.
Область техники
Изобретение относится к фильтрующим устройствам, применяемым в стволах нефтяных и газовых скважин для предупреждения выноса из формации (пласта горной породы) нежелательных твердых частиц, и, более конкретно, к фильтрующим устройствам, содержащим пористые материалы с памятью формы, которые остаются в сжатом состоянии при спуске; как только фильтрующие устройства достигают определенного места в скважине и вступают в контакт с жидкостью в течение данного времени и при данной температуре, они расширяются и полностью адаптируются к скважине.
Уровень техники
В уровне техники известны разные способы контроля за песком путем заполнения гравием внешнего пространства скважинных фильтров. Гравий вводят с поверхности для заполнения кольцевого зазора между наружной частью фильтра и внутренней поверхностью стенки скважины для предупреждения выноса из формации нежелательных твердых частиц. Недавно пришли к заключению, что можно исключить необходимость в заполнении гравием, если фильтр или фильтры будут способны расширяться до внутренней поверхности стенки ствола скважины. Из-за неровностей формы ствола скважины возникают проблемы с применением техники расширения фильтра как замены заполнения гравием. В US 7013979 описан полностью адаптирующийся к неровной форме ствола скважины расширяющийся фильтр. Этот адаптирующийся расширяющийся фильтр состоит из самонабухающего материала, способного к увеличению своего объема при контакте с жидкостями буровой скважины. В US 7318481 описан самоадаптирующийся расширяющийся фильтр, который состоит из термоотверждающегося пенопласта с открытыми порами и памятью формы. Состав вспененного материала разработан с целью достижения надлежащей температуры перехода, которая несколько ниже предполагаемой температуры на глубине скважины, где будет установлен агрегат. Это вызывает расширение адаптирующегося пенопласта при температуре, имеющей место на надлежащей глубине, и тот факт, что он остается расширенным против стенки ствола скважины.
На рынке имеется много разных типов пенопластов, таких как вспененный природный каучук, вспененный виниловый каучук, пенополиэтилен, вспененный неопреновый каучук, вспененный силокса-новый каучук, пенополиуретан, вспененный каучук VITON(r), пенополиимид и т.д. Большинство этих пенопластов характеризуется закрытыми порами, пластичностью и недостатком структурной прочности, что не позволяет применять их в условиях скважины. Некоторые из этих пенопластов, такие как жесткий пенополиуретан, являются твердыми, но очень хрупкими. Кроме того, у стандартных пенополиуретанов, которые, как правило, получают из простых или сложных полиэфиров, наблюдается недостаток термостойкости и необходимых химических свойств. Следовательно, эти пенопласты быстро разрушаются в скважинных жидкостях, главным образом, при высоких температурах.
Таким образом, было бы весьма желательно и важно найти метод и устройство для его размещения в определенном месте скважины с целью предотвращения выноса из формации нежелательных твердых частиц и обеспечения протекания лишь надлежащих углеводородных жидкостей.
Сущность изобретения
В изобретении предлагается способ изготовления скважинного фильтрующего устройства. Способ включает смешение изоцианатной части, содержащей изоцианат, с полиольной частью, содержащей по-лиол, для образования пористого пенополиуретанового материала. Пористый пенополиуретановый материал имеет исходный расширенный объем. Пенополиуретановый материал сжимают при температуре выше его температуры стеклования Tg для уменьшения исходного расширенного объема до сжатого транспортного объема. Температура сжатого пенополиуретаного материала снижается до температуры ниже Tg, однако, пенополиуретановый материал сохраняет свой сжатый транспортный объем. Способ дополнительно включает покрытие внешней поверхности сжатого пенополиуретанового материала оболочкой, которой может быть растворимая в текучей среде (далее - жидкость) полимерная пленка и/или слой пластмассы, термически разлагаемый в жидкости.
В частных вариантах осуществления способа полиольная часть включает смесь полиола и воды, в частности полиольная часть включает поликарбонатный полиол.
Полиольная часть может также включать удлинитель цепи, например ароматический диамин.
В одном из вариантов полиольная часть включает воду, удлинитель цепи и катализатор, выбранный из группы, состоящей из катализаторов на основе амина, катализаторов на основе металла и их смеси.
В другом варианте осуществления полиольная часть включает воду, удлинитель цепи, катализатор и поверхностно-активное вещество. Поверхностно-активное вещество может дополнительно включать агент, вскрывающий поры.
Полиольную часть предварительно нагревают по меньшей мере до 90°С перед смешением с изо-цианатной частью.
На стадии (а) дополнительно осуществляют отверждение пенополиуретанового материала в форме и затем нагрев пенополиуретанового материала до температуры выше 110°С.
В другом варианте осуществления на стадии (а) осуществляют смешение эквивалентных масс изо-цианатной и полиольной частей.
В еще одном варианте осуществления на стадии (а) осуществляют смешение изоцианатной и поли
ольной частей в смесителе по меньшей мере за 10 с и отверждение пенополиуретанового материала в форме при комнатной температуре в течение по меньшей мере около 2 ч. Далее на стадии (а) дополнительно, после отверждения пенополиуретанового материала, нагревают его при температуре по меньшей мере около 110°С в течение по меньшей мере 8 ч.
Краткое описание чертежей Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано
на фиг. 1 схематически показан вид в поперечном сечении фильтрующего устройства, которое нагружено пористым материалом с памятью формы с его толщиной или объемом в сжатом транспортном положении, на котором имеется разлагаемая задерживающая пленка, оболочка или материал покрытия;
на фиг. 2 схематически показан вид в поперечном сечении фильтрующего устройства фиг. 1, с которого удалены разлагающаяся задерживающая пленка, оболочка или материал покрытия, и таким образом пористый материал с памятью формы может расшириться или расположиться, крепко сцепляясь и подго-няясь к внутренней поверхности стенки обсадной трубы ствола скважины, предотвращая вынос из формации нежелательных твердых частиц и позволяя протекать через него только углеводородным жидкостям.
Следует понять, что фиг. 1 и 2 являются лишь схематичными иллюстрациями, которые не масштабированы, и что относительные размеры и пропорции разных элементов могут быть увеличены для ясности или выделения.
Подробное описание осуществления изобретения
В предлагаемом изобретении раскрыты скважинные инструменты и, в частности, фильтрующие устройства контроля за песком в скважине. Фильтрующие устройства содержат один или более материалов с памятью формы, которые спускают в ствол скважины в сжатой форме или положении. Материал с памятью формы остается в сжатой форме, которую ему придали после изготовления, при температуре поверхности или в стволе скважины в ходе спуска. После того как фильтрующее устройство, содержащее материал с памятью формы, помещается в надлежащее место внутри скважины, он расширяется при температуре в скважине за данное время до своей формы перед сжатием, т.е. его исходной формы при изготовлении. Поэтому расширенная форма или установочное положение представляет собой форму материала с памятью формы после его изготовления и перед сжатием. Другими словами, материал с памятью формы обладает дремлющей памятью формы, обеспечивающей форму, которую материал с памятью формы естественно принимает после его изготовления при размещении в скважине.
В результате расширения материала с памятью формы до своего установочного положения пористый материал с полностью открытыми порами предотвращает вынос из формации нежелательных твердых частиц и обеспечивает протекание через фильтрующее устройство только надлежащих углеводородных жидкостей. Пористый материал с полностью открытыми порами или пенопласт в одном, не ограничивающем варианте осуществления изобретения, изготавливают из одного или более поликарбонатного полиола и модифицированного дифенилметандиизоцианата (МДИ), а также других добавок, включая, но необязательно ограничиваясь ими, продувочные агенты, молекулярные агенты образования поперечных связей, удлинители цепи, поверхностно-активные вещества, красители и катализаторы. Размер пор пористого пенопласта, распределение размеров и открытость пор достигают путем составления смеси из разных компонентов и регулирования технологических параметров таким образом, чтобы обеспечить протекание лишь надлежащих углеводородных жидкостей и предотвратить вынос из формации нежелательных твердых частиц.
Пенополиуретановый материал с памятью формы обладает способностью существенного механического сжатия, например, на 20-30% от его исходного объема, при температурах выше его температуры стеклования (Tg), при которой материал становится мягким. Материал, который все еще находится в сжатом состоянии, охлаждают значительно ниже его Tg до комнатной температуры или температуры окружающей среды, при этом он способен оставаться в сжатом состоянии даже после удаления приложенного усилия сжатия. Когда материал нагревают почти до или выше его Tg, он способен восстановить свое исходное несжатое состояние или форму. Другими словами, материал с памятью формы обладает дремлющей памятью формы, что обеспечивает форму, которую материал с памятью формы естественно принимает после его изготовления. Можно разрабатывать рецептуры составов пенополиуретана для достижения надлежащих температур стеклования, пригодных для применений в скважине, где размещение можно регулировать для температур ниже Tg фильтрующих устройств на глубине применения агрегата.
Обычно считают, что полиуретановый эластомер или пенополиуретан имеет неудовлетворительные термостойкость и стойкость к гидролизу, в особенности, когда его получают из простого или сложного полиэфира. В настоящей заявке сделано открытие, что термостойкость и стойкость к гидролизу значительно улучшаются, когда полиуретан получают из поликарбонатных полиолов и МДИ диизоцианатов. На рынке имеется много поликарбонатных полиолов, таких как Desmophen С1200 и Desmophen 2200 от Bayer, Poly-CD 220 от Arch Chemicals, РС-1733, РС-1667 и РС-1122 от Stahl USA. В одном не ограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения применяют поликарбонатный полиол РС-1667 или поли(циклоалифатический карбонат), так как он демонстрирует исключительную термическую и гидролитическую стойкость при его применении для получения полиуретана. Кроме того, полиуретан,
полученный из поли(циклоалифатического карбоната), является твердым и прочным. Можно разработать рецептуры составов пенополиуретана для достижения разных температур стеклования в пределах диапазона от 60 до 170°С, что, главным образом, подходит для удовлетворения большей части требований к применению при температуре в скважине.
В одном частном не ограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения в качестве материала с памятью формы применяют чрезвычайно твердый и прочный пенополиуретановый материал, способный к сжатию и возвращению, по существу, в свою исходную расширенную форму. В другом не ограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения Tg пенополиуретана с памятью формы составляет около 94,4°С, и он сжимается механическим усилием при 125°С. Находящийся все еще в сжатом состоянии материал охлаждают до комнатной температуры. Пенополиуретан с памятью формы может оставаться в сжатом состоянии даже после удаления механического усилия. При нагреве материала до около 88°С он может вернуться к исходной форме за 20 мин. Однако, если тот же материал нагреть до более низкой температуры, например 65°С в течение около 40 ч, он останется в сжатом состоянии и не изменит свою форму.
Идеально, когда пенополиуретан с памятью формы применяют в качестве фильтрующей среды для контроля за песком в скважине, предпочтительно, чтобы фильтрующее устройство оставалось в сжатом состоянии во время спуска, пока оно не достигнет надлежащего положения в скважине. Обычно, продвижение скважинных инструментов с поверхности до надлежащего положения в скважине занимает часы или дни. Если температура в ходе спуска достаточно высока, фильтрующие устройства, изготовленные из пенополиуретана с памятью формы, могут начать расширяться. Чтобы избежать нежелательного преждевременного расширения во время спуска, необходимо принять во внимание способы замедления. В одном частном, но не ограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения, применяют пленку из поливинилового спирта) (ПВС) для обертывания или покрытия внешней поверхности фильтрующих устройств, изготовленных из пенополиуретана с памятью формы, с целью предотвращения расширения во время спуска. Как только фильтрующие устройства будут на своем месте в скважине за данное время и при данной температуре, пленка из ПВС может раствориться в воде, эмульсиях или других скважинных жидкостях, и после подобного контакта фильтрующие устройства с памятью формы могут расшириться и полностью адаптироваться к буровой скважине. В другом, не ограничивающем частном варианте осуществления настоящего изобретения фильтрующие устройства, изготовленные из пенополиуретана с памятью формы, покрывают твердой пластмассой, термически разлагаемой жидкостью, такой как полиэфирная полиуретановая пластмасса и полиэфирная пластмасса. Термин "пластмасса, термически разлагаемая в текучей среде (жидкости)" означает любую жесткую твердую полимерную пленку, покрытие или оболочку, разлагаемую под действием текучей среды, например воды или углеводорода или их сочетания, и тепла. Рецептуру оболочки разрабатывают таким образом, чтобы она разлагалась в пределах определенного температурного диапазона для удовлетворения требуемого применения или температуры скважины в требуемый период времени (например, часы или дни) в ходе спуска. Толщину задерживающей оболочки и тип разлагаемых пластмасс выбирают таким образом, чтобы удержать фильтрующие устройства из пенополиуретана с памятью формы от расширения в ходе спуска. Как только фильтрующее устройство достигнет своего места в скважине за данное время при данной температуре, эти разлагаемые пластмассы разрушаются, что позволяет ему расшириться до внутренней стенки скважины. Другими словами, оболочку, которая задерживает или препятствует возврату пористого материала с памятью формы к его расширенному состоянию или преждевременному размещению, можно удалить растворением, например, в водной или углеводородной жидкой среде, термическим разложением или гидролизом с применением тепла или без него, в другом, не ограничивающем примере осуществления настоящего изобретения, разрывом связей между полимерными цепочками материала, образующего оболочку.
Пенополиуретановый материал можно получить смешением двух отдельных частей химических реагентов в ходе их реакции. Эти две отдельные части в настоящей заявке далее обозначаются как изоциа-натная часть и полиольная часть. Изоцианатная часть может включать модифицированный изоцианат (МИ) или модифицированный МДИ на основе мономерного диизоцианата или полиизоцианата. Поли-ольная часть может включать, но необязательно этим ограничиваясь, простой полиэфир, сложный полиэфир, ди- или многофункциональный форполимер с концевой гидроксильной группой на основе поликарбоната.
В состав полиольной части можно включить воду, которая действует как продувочный агент, обеспечивающий пористую структуру пенопласта, при этом в случае смешения изоцианатной и полиольной частей образуется диоксид углерода в ходе реакции изоцианата с водой.
В одном не ограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения изоцианатная часть содержит МДИ MONDUR PC от Bayer или форполимер МДИ LUPRANATE 5040 от BASF, и полиольная часть содержит (1) поли(циклоалифатический карбонат)полиол от Stahl USA с торговой маркой РС-1667;(2) трифункциональный гидроксильный агент, образующий поперечные связи, триметилолпропан (ТМП) от Alfa Aesar; (3) удлинитель цепи ароматический диамин диметилтиотолуолдиамин (ДМТДА) от Albemarle с торговой маркой ETHACURE 300; (4) катализатор от Air Products с торговой маркой POLY-
CAT 77;(5) поверхностно-активное вещество от Air Products с торговой маркой DABCO DC 198; (6) агент, вскрывающий поры, от Degussa с торговой маркой ORTEGOL 501; (7) краситель от Milliken Chemical с торговой маркой REACTINT Violet X80LT и (8) воду.
Соотношение между двумя отдельными частями химических реагентов, обозначаемых в настоящей заявке как изоцианатная и полиольная части, в одном не ограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения химически сбалансировано около1:1 согласно их соответствующим эквивалентным массам. Эквивалентная масса изоцианатной части рассчитывается по процентному содержанию NCO (изоцианат), который в настоящей заявке обозначается как модифицированный МДИ MONDUR PC и содержит 25,8 мас.% NCO. Также приемлемы другие изоцианаты, такие как форполимер МДИ Lu-pranate 5040 от BASF, содержащие 26,3 мас.% NCO. Эквивалентную массу полиольной части рассчитывают добавлением в неё эквивалентных масс всех компонентов реакции, которые включают полиол, например PC-1667, воду, молекулярный агент, образующий поперечные связи, например, ТМП, и удлинитель цепи, например ДМТДА. Температуру стеклования конечного пенополиуретана можно регулировать с помощью разных комбинаций изоцианата и полиола. В общем, чем больше изоцианатная часть, тем больше Tg.
Удлинитель цепи ДМТДА от Albemarle с торговой маркой ETHACURE 300 является жидкий ароматический диамин - отверждающий агент, обеспечивающий улучшенные высокотемпературные свойства. Другие пригодные удлинители цепи включают, но этим не ограничиваясь, 4,4'-метилен бис(2-хлоранилин) "МОСА" от Chemtura с торговой маркой VIBRACURE(r) А 133 HS и триметиленгликоль ди-р-аминобензоат "MCDEA" от Air Products с торговой маркой VERSALINK 74OM. В некоторых вариантах осуществления изобретения включают катализаторы на основе амина или металла для улучшения свойств пенополиуретановых материалов. Подобные катализаторы имеются на рынке от таких компаний как Air Products. Пригодные катализаторы, обеспечивающие особенно хорошие свойства пенополиуре-тановых материалов, включают, но не обязательно этим ограничиваясь, пентаметилдипропилентриамин, катализатор на основе амина от Air Products с торговой маркой POLYCAT 77 и дибутилоловодилаурат, катализатор от Air Products на основе металла с торговой маркой DABCO Т-12.
Для регулирования структуры пор пенопласта, их распределения и открытости в рецептуры можно добавить небольшое количество поверхностно-активного вещества, например, 0,5 мас.% от общей массы, такого как поверхностно-активное вещество с торговой маркой DABCO-198 от Air Products, и небольшое количество агента, вскрывающего поры, например 0,5% от общей массы, такого как агент, вскрывающий поры, с торговыми марками ORTEGOL 500, ORTEGOL 501, TEGOSTAB B8935, TEGOSTAB B8871 и TEGOSTAB B8934 от Degussa. DABCO DC-198 представляет собой поверхностно-активное вещество на основе кремния от Air Products. Другие пригодные поверхностно-активные вещества включают, но не обязательно этим ограничиваясь, фторсодержащие поверхностно-активные вещества от DuPont с торговыми марками ZONYL 8857A и ZONYL FSO-100. К полиольной части можно добавить краситель для придания конечным продуктам требуемого цвета. Подобные красители производят такие компании как Milliken Chemical, которая сбывает соответствующие красители с торговой маркой
REACTINT.
После приготовления изоцианатной и полиольных частей их объединяют или смешивают при требуемой температуре. Температура, при которой смешивают обе части, влияет на уровень размера пор внутри полученного пенополиуретанового материала. Например, высокие температуры смеси обеспечивают больший размер пор, тогда как низкие температуры смеси обеспечивают меньший размер пор.
В одном частном, но не ограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения, поли-ольную часть, включающую поли(циклоалифатический карбонат) и другие добавки, такие как агент, образующий поперечные связи, удлинитель цепи, поверхностно-активное вещество, агент, вскрывающий поры, краситель, вода и катализатор, предварительно нагревают до 90°С перед смешением с изоцианат-ной частью. Изоцианатную часть смешивают с полиольной частью, после чего сразу инициируется реакция пенообразования и быстро растет вязкость смеси.
Вследствие высокой вязкости смеси и высокой скорости реакции для образования пенополиурета-нового материала рекомендуется надлежащий смеситель. Хотя на рынке имеется много полностью автоматизированных смесителей, специально спроектированных для обработки пенополиуретана, состоящего из двух частей, было показано, что такие смесители типа KITCHENAID с одной или двумя лопастями работают особенно хорошо. Было показано, что при крупномасштабном смешении особенно хорошо работают смесители для взбивания яиц и сверлильные станки.
При смешении изоцианатной и полиольной частей следует химически сбалансировать количество изоцианата и полиола в смеси в соответствии с их эквивалентной массой. В одном частном не ограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения с полиольной частью смешивают на 5% больше изоцианата, чем требуется в соответствии с эквивалентной массой.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения массовое соотношение изоцианата и поликарбонатного полиола составляет около 1:1. Полиольная часть может быть образована 46,0 г PC-1667 поли(циклоалифатический карбонат) поликарбонатом в смеси с 2,3 г ТМП агента, образующего поперечные связи, 3,6 г ДМТДА удлинителя цепи, 0,9 г DABCO DC-198 поверхностно-активного веще
ства, 0,4 г ORTEGOL 501 агента, вскрывающего поры, 0,1 г красителя REACTINT Violet X80LT, 0,01 г катализатора POLYCAT 77 и 0,7 г водного продувочного агента. Полиольную часть предварительно нагревают до 90°С и смешивают в смесителе с одной лопастью типа KITCHENAID с 46,0 г MDI MONDUR PC. Специалисты согласятся с тем, что эти рецептуры могут быть масштабированы при получении больших объемов этого материала с памятью формы.
Смесь, содержащую изоцианатную и полиольную части, смешивают примерно за 10 с и затем заливают в форму, которую сразу закрывают, помещая сверху металлическую пластину. Вследствие значительного давления, генерируемого в процессе пенообразования, можно применить С-образную клемму для скрепления верхней металлической пластины и формы с целью предотвращения любой утечки смеси. Приблизительно через 2 ч при комнатной температуре пенополиуретановый материал, включая форму и С-образную клемму, помещают в печь и подвергают последующему отверждению при температуре 110°С в течение приблизительно 8 ч, так что пенополиуретановый материал достигает своей полной прочности. После охлаждения до комнатной температуры пенополиуретановый материал в достаточной мере отверждается, так что форму можно удалить. После этого пенополиуретановый материал на этой стадии почти всегда будет иметь слой "кожицы" на внешней поверхности пенополиуретана. Эта "кожица" представляет собой слой твердой полиуретановой пластмассы, образующийся при контактировании смеси с поверхностью формы. Было показано, что толщина кожицы зависит от концентрации воды, добавленной к смеси. Избыток содержания воды уменьшает толщину кожицы, недостаток увеличивает её толщину. В одном не ограничивающем объяснении полагают, что образование кожицы обусловлено реакцией между изоцианатом в смеси и влагой на поверхности формы. Поэтому необходимы дополнительные процессы механического преобразования для удаления кожицы, так как во многих случаях кожица не является пористой и не пропускает сквозь себя жидкости. Для удаления кожицы можно применить такие инструменты как ленточные пилы, станки для резки под углом, пилы для продольного распиливания керна, ножовочные пилы и токарные станки. После удаления кожицы с пенополиуретанового материала он будет иметь полностью открытую пористую структуру, то есть жесткую, твердую и прочную.
На этой стадии пенополиуретановый материал находится в своем исходном расширенном состоянии с исходной или расширенной толщиной. Tg пенополиуретанового материала, измеренная с помощью динамического механического анализа (ДМА), составляет 94,4°С от пика модуля потерь G". Пенополиу-ретановый материал можно механически сжать по меньшей мере до 25% от его исходной толщины или объема при температуре 125°С в ограничивающей форме. Материал, который все ещё находится в сжатом состоянии, охлаждают до комнатной температуры. Пенополиуретан с памятью формы может оставаться в сжатом состоянии даже после удаления приложенной механической силы. В одном не ограничивающем варианте осуществления изобретения показано, что когда материал нагревают до около 88°С, он способен вернуться в свою исходную форму за 20 мин. Однако, когда тот же материал нагревают до около 65°С в течение 40 ч, он совсем не расширяется или не меняет свою форму.
В другом не ограничивающем варианте осуществления изобретения массовое соотношение между изоцианатной и полиольной частями составляет около 1,5:1. Полиольная часть может быть образована 34,1 г PC-1667 поли(циклоалифатический карбонат)поликарбонатом в смеси с 2,3 г ТМП агента, образующего поперечные связи, 10,4 г ДМТДА удлинителя цепи, 0,8 г поверхностно-активного вещества DABCO DC-198, 0,4 г агента, вскрывающего поры, ORTEGOL 501, 0,1 г красителя REACTINT Violet X80LT, 0,01 г катализатора POLYCAT 77 и 0,7 г водного продувочного агента. Полиольную часть предварительно нагревают до 90°С и смешивают в смесителе с одной лопастью типа KITCHENAID(r) с 51,2 г МДИ MONDUR PC. Специалисты согласятся, что эти рецептуры можно масштабировать при получении больших объемов этого материала с памятью формы.
Смесь, содержащую изоцианатную и полиольную части, смешивают в течение 10 с и затем заливают в форму, которую сразу закрывают, помещая сверху металлическую пластину. Из-за значительного давления, генерируемого в процессе пенообразования, можно применить С-образную клемму или другое устройство для скрепления верхней металлической пластины и формы с целью предотвращения любой утечки смеси. Примерно через 2 ч пенополиуретановый материал вместе с формой и С-образной клеммой переносят в печь и подвергают последующему отверждению при температуре 110°С в течение приблизительно 8 ч, так что пенополиуретановый материал достигает своей полной прочности. После охлаждения до комнатной температуры пенополиуретановый материал в достаточной мере отверждается, так что форму можно удалить.
Измерение Tg этого пенополиуретанового материала с помощью ДМА по пику модуля потерь G" дало значение 117°С.
Очевидно, пенополиуретан с большим массовым содержанием изоцианата, чем полиола, имеет более высокую температуру стеклования. Пенополиуретан с меньшим содержанием изоцианата, чем полиола, имеет более низкую Tg. Составляя разные сочетания изоцианата и полиола, можно получить разные температуры стеклования пенополиуретана с памятью формы. Можно составить рецептуры составов пенополиуретанового материала с памятью формы, имеющие определенную Tg, на основе фактической температуры размещения/применения в скважине. Обычно Tg пенополиуретана с памятью формы проектируют примерно на 20°С выше фактической температуры размещения/применения в скважине. Так как
температура применения ниже, чем Tg, материал сохраняет хорошие механические свойства.
В одном не ограничивающем варианте осуществления изобретения пенополиуретан с памятью формы в трубчатой форме сжимают под гидравлическим давлением выше температуры стеклования и затем охлаждают до температуры намного ниже Tg или комнатной температуры, в то время как он все ещё находится под действием сжимающего усилия. После снятия давления пенополиуретан с памятью формы может оставаться в сжатом состоянии или форме. Затем трубчатый сжатый пенополиуретановый материал с памятью формы можно туго обернуть плёнкой из ПВА от Idroplax, S.r.I., Италия, с торговой маркой НТ-350. В другом не ограничивающем варианте осуществления изобретения трубчатый сжатый пенополиуретан с памятью формы покрывают с помощью валика для нанесения покрытий слоем поли-уретановой смолы, термически разлагаемым жидкостью, который образуется при смешении 70 мас.ч. жидкого изоцианата, такого как MONDUR PC от Bayer, и 30 мас.ч. жидкого сложного полиэфира, такого как FOMREZ 45 от Chemtura. Еще в одном не ограничивающем варианте осуществления изобретения трубчатый сжатый пенополиуретановый материал с памятью формы погружают в медленно вращающийся сосуд с жидкой полиуретановой смесью. Слой полиуретанового покрытия толщиной около 1,5 мм наращивается примерно за 5 мин. Подобное полиуретановое покрытие отверждается при комнатной температуре примерно за 8 ч. В другом не ограничивающем варианте осуществления изобретения считают полезным, чтобы материал продолжал вращаться во время процесса отверждения, чтобы избежать любого просачивания капель смолы. К полиуретановой смеси можно добавить около 0,1% катализатора, такого как POLYCAT 77 от Air Products, для ускорения процесса отверждения.
Со ссылкой на фиг. 1 и 2, в ходе эксплуатации, лифтовую колонну 20, имеющую фильтрующее устройство 30, содержащее пористый материал 32 с памятью формы, спускают в ствол скважины 50, который ограничен обсадной трубой 52, до надлежащего местоположения. Как показано на фиг. 1 материал 32 с памятью формы имеет толщину 34 в сжатом транспортном положении и внешнюю задерживающую пленку, оболочку или покрытие 40. После растворения или разложения достаточного количества задерживающей пленки, оболочки или материала покрытия 40, т.е. после растворения или разложения задерживающей пленки, оболочки или материала покрытия 40, так что накопленная энергия в сжатом материале 32 с памятью формы становится больше, чем сжимающие усилия, обеспечиваемые задерживающим материалом, пористый материал 32 с памятью формы расширяется с транспортного или сжатого положения (фиг. 1) до расширенного или установочного положения (фиг. 2), имеющего толщину 36 в расширенном положении. При этом материал 32 с памятью формы сцепляется с внутренней поверхностью 54 обсадной трубы 52 ствола скважины и таким образом препятствует выносу нежелательных твердых частиц из формации, позволяя протекать через фильтрующее устройство 30 лишь углеводородным жидкостям.
Кроме того, как описано в данном контексте, фильтрующее устройство "полностью адаптируется" к стволу скважины, это означает, что пористый материал с памятью формы расширяется или размещается, заполняя имеющееся пространство до стенки ствола скважины. Стенка ствола скважины ограничивает конечную расширенную форму пористого материала с памятью формы и фактически не позволяет ему расшириться до его исходного расширенного положения или формы. Однако подобным образом расширенный или размещенный материал с памятью формы, будучи пористым, обеспечивает добычу углеводородов из подземной формации через ствол скважины, но предотвращает или препятствует выносу небольших или мелких твердых частиц, так как они, как правило, слишком велики для прохождения через открытые поры пористого материала.
Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено строго соответствующими деталями конструкции, рабочим процессом, материалами или показанными и описанными вариантами осуществления изобретения, так как для специалистов будут очевидны модификации и эквиваленты. Соответственно по этой причине предлагаемое изобретение ограничено лишь объемом прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, описание должно рассматриваться скорее в иллюстративном, чем в ограничивающем смысле. Например, допускается, что в пределах объема настоящего изобретения находятся, например, определенные сочетания компонентов для производства термопласта полиуретан/мочевина, определенные конфигурации скважинных инструментов и прочие составы, компоненты и структуры, находящиеся в пределах заявленных параметров, но специально не идентифицированные или испытанные в конкретном методе или аппаратуре.
Термин "содержит/включает" и "содержащий/включающий" в формуле изобретения следует интерпретировать как включающий, но не ограниченный перечисленными элементами.
Изобретение может соответственно включать, состоять или состоять, по существу, из описанных элементов и может осуществляться на практике в отсутствие неописанного элемента.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ изготовления скважинного фильтрующего устройства, при осуществлении которого:
(а) смешивают изоцианат с полиолом с образованием пенополиуретанового материала с открытыми
порами, имеющего исходный расширенный объем;
(б) сжимают пенополиуретановый материал при температуре выше его температуры стеклования Tg
с уменьшением исходного расширенного объема до сжатого объема;
(в) снижают температуру сжатого пенополиуретанового материала до температуры ниже Tg, при
которой пенополиуретановый материал сохраняет сжатый объем; и
(г) покрывают внешнюю поверхность сжатого пенополиуретанового материала оболочкой, выбран-
ной из группы, состоящей из пленки поли(винилового спирта), слоя полиэфирной полиуретановой пла-
стмассы, слоя полиэфирной пластмассы и их сочетания.
2. Способ по п.1, в котором в качестве полиола используют смесь полиола и воды.
3. Способ по п.1, в котором в качестве полиола используют поликарбонатный полиол.
4. Способ по п.1 или 3, в котором используют полиол, дополнительно включающий удлинитель цепи, выбранный из группы, включающей ароматический диамин диметилтиотолуолдиамин (ДМТДА), 4,4'-метилен бис(2-хлоранилин) ("МОСА"), триметиленгликоль ди-р-аминобензоат ("MCDEA").
5. Способ по п.4, в котором удлинитель цепи включает ароматический диамин.
6. Способ по п.1 или 3, в котором используют полиол, который дополнительно включает воду, удлинитель цепи и катализатор, выбранный из группы, состоящей из катализаторов на основе амина, катализаторов на основе металла и их смеси.
7. Способ по п.1 или 3, в котором используют полиол, который дополнительно включает воду, удлинитель цепи, катализатор и поверхностно-активное вещество.
8. Способ по п.1 или 3, в котором полиол предварительно нагревают по меньшей мере до 90°С перед смешением с изоцианатом.
9. Способ по п.1 или 3, в котором на стадии (а) дополнительно осуществляют отверждение пенопо-лиуретанового материала в форме и затем нагрев пенополиуретанового материала до температуры выше
110°С.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
10. Способ по п.1 или 3, в котором на стадии (а) осуществляют смешение эквивалентных масс изо-цианата и полиола.
11. Способ по п.1 или 3, в котором на стадии (а) осуществляют смешение изоцианата и полиола в смесителе по меньшей мере за 10 с и отверждение пенополиуретанового материала в форме при комнатной температуре в течение по меньшей мере около 2 ч.
12. Способ по п.11, в котором на стадии (а) дополнительно после отверждения пенополиуретаново-го материала нагревают его при температуре по меньшей мере около 110°С в течение по меньшей мере 8 ч.
026068
- 1 -
(19)
026068
- 1 -
(19)
026068
- 1 -
(19)
026068
- 4 -
|
