|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Волокно, предназначенное для создания сети, формирующейся из склеенных между собой волокон, включающее первую термопластичную композицию и отверждаемую смолу, при этом смесь первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы составляет по меньшей мере часть волокна, при этом указанная смесь имеет температуру размягчения до 120°C, а также первая термопластичная композиция включает термопласт с функциональной группой, которая способствует гомополимеризации отверждаемой смолы, где волокно имеет аспектное соотношение по меньшей мере 10:1 и волокно имеет максимальный поперечный размер до 60 мкм. 2. Волокно, предназначенное для создания сети, формирующейся из склеенных между собой волокон, включающее первую термопластичную композицию и отверждаемую смолу, при этом смесь первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы составляет по меньшей мере часть волокна, при этом указанная смесь имеет температуру размягчения до 120°C, а также первая термопластичная композиция включает термопласт с функциональной группой, которая способствует гомополимеризации отверждаемой смолы, при этом волокно имеет аспектное соотношение по меньшей мере 10:1 и поперечный размер до 60 мкм, при этом волокно состоит из сердцевины и оболочки, окружающей сердцевину, где сердцевина состоит из термопластичной композиции, имеющей точку плавления как минимум 140°C и где оболочка состоит из смеси отверждаемой смолы и первой термопластичной композиции и имеет температуру размягчения до 120°C. 3. Композиция, предназначенная для создания сети, формирующейся из склеенных между собой волокон, включающая термопластичные волокна, состоящие из первой термопластичной композиции, имеющей температуру размягчения до 120°C, где каждое термопластичное волокно по отдельности имеет аспектное соотношение как минимум 10:1 и максимальный поперечный размер до 60 мкм; и отверждаемые волокна, состоящие из отверждаемой смолы, где каждое из отверждаемых волокон по отдельности имеет аспектное соотношение как минимум 10:1 и максимальный поперечный размер до 60 мкм; и первая термопластичная композиция включает термопласт с функциональной группой, которая способствует гомополимеризации отверждаемой смолы. 4. Композиция, предназначенная для обработки подземных формаций, содержащая множество волокон по любому из пп.1-3 и жидкость, в которой диспергированы волокна. 5. Композиция по п.4, которая дополнительно содержит расклинивающие агенты, диспергированные в жидкости. 6. Способ обработки подземной формации, включающий стадию нагнетания в ствол скважины, пересекающий подземную формацию, композиции по любому из пп.4 или 5; нагрев первой термопластичной композиции, по крайней мере, до температуры, превышающей температуру размягчения; и по крайней мере, частичное отверждение отверждаемой смолы.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Волокно, предназначенное для создания сети, формирующейся из склеенных между собой волокон, включающее первую термопластичную композицию и отверждаемую смолу, при этом смесь первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы составляет по меньшей мере часть волокна, при этом указанная смесь имеет температуру размягчения до 120°C, а также первая термопластичная композиция включает термопласт с функциональной группой, которая способствует гомополимеризации отверждаемой смолы, где волокно имеет аспектное соотношение по меньшей мере 10:1 и волокно имеет максимальный поперечный размер до 60 мкм. 2. Волокно, предназначенное для создания сети, формирующейся из склеенных между собой волокон, включающее первую термопластичную композицию и отверждаемую смолу, при этом смесь первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы составляет по меньшей мере часть волокна, при этом указанная смесь имеет температуру размягчения до 120°C, а также первая термопластичная композиция включает термопласт с функциональной группой, которая способствует гомополимеризации отверждаемой смолы, при этом волокно имеет аспектное соотношение по меньшей мере 10:1 и поперечный размер до 60 мкм, при этом волокно состоит из сердцевины и оболочки, окружающей сердцевину, где сердцевина состоит из термопластичной композиции, имеющей точку плавления как минимум 140°C и где оболочка состоит из смеси отверждаемой смолы и первой термопластичной композиции и имеет температуру размягчения до 120°C. 3. Композиция, предназначенная для создания сети, формирующейся из склеенных между собой волокон, включающая термопластичные волокна, состоящие из первой термопластичной композиции, имеющей температуру размягчения до 120°C, где каждое термопластичное волокно по отдельности имеет аспектное соотношение как минимум 10:1 и максимальный поперечный размер до 60 мкм; и отверждаемые волокна, состоящие из отверждаемой смолы, где каждое из отверждаемых волокон по отдельности имеет аспектное соотношение как минимум 10:1 и максимальный поперечный размер до 60 мкм; и первая термопластичная композиция включает термопласт с функциональной группой, которая способствует гомополимеризации отверждаемой смолы. 4. Композиция, предназначенная для обработки подземных формаций, содержащая множество волокон по любому из пп.1-3 и жидкость, в которой диспергированы волокна. 5. Композиция по п.4, которая дополнительно содержит расклинивающие агенты, диспергированные в жидкости. 6. Способ обработки подземной формации, включающий стадию нагнетания в ствол скважины, пересекающий подземную формацию, композиции по любому из пп.4 или 5; нагрев первой термопластичной композиции, по крайней мере, до температуры, превышающей температуру размягчения; и по крайней мере, частичное отверждение отверждаемой смолы.
Евразийское 028321 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.11.30
(21) Номер заявки 201100834
(22) Дата подачи заявки 2009.12.21
(51) Int. Cl.
D01F 8/04 (2006.01) D06M15/55 (2006.01) C09K 8/70 (2006.01)
(54)
ОТВЕРЖДАЕМОЕ ВОЛОКНО, КОМПОЗИЦИИ, ЕГО СОДЕРЖАЩИЕ, И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОДЗЕМНЫХ ФОРМАЦИЙ
(31) 61/140,360
(32) 2008.12.23
(33) US
(43) 2012.01.30
(86) PCT/US2009/068915
(87) WO 2010/075248 2010.07.01
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
3М ИННОВЕЙТИВ ПРОПЕРТИЗ
КОМПАНИ (US)
(72) Изобретатель:
Берриган Майкл Р., Карлсон Джеймс Дж., Крандалл Майкл Д., Джордж Клейтон А., Кадома Игнатиус А., Ву
Йонг К. (US)
(74) Представитель:
Безрукова О.М. (RU) (56) DATABASE WPI Week 200136,
Thomson Scientific, London, GB; AN 2001-341386, XP002576872 - & JP 2001098427 A (NIPPON ESTER CO LTD), 10 April 2001 (2001-04-10), abstract, table 1
DATABASE WPI Week 200415, Thomson
Scientific, London, GB; AN 2004-147196,
XP002576873 & JP 2003193332 A (BRIDGESTONE CORP), 9 July 2003 (2003-07-09), abstract
EP-A1-0265221 EP-A2-0619415 JP-A-2004115958
(57) Волокна, содержащие первую термопластичную композицию, температура размягчения которой составляет 120°C, и отверждаемую смолу. Также обнаружены композиции, содержащие совокупность волокон; некоторые волокна состоят из первой термопластичной композиции, температура размягчения которой составляет до 120°C, и некоторые волокна, состоящие из отверждаемой смолы. Аспектное соотношение волокна составляет как минимум 10:1, а максимальный поперечный размер составляет до 60 мкм. Также описаны композиции, содержащие волокна, и способ обработки подземной формации с использованием волокон.
Предпосылки создания изобретения
Известны различные многокомпонентные волокна. Примеры включают волокна, имеющие низкую температуру плавления или размягчения оболочки, которая покрывает ядро с более высокой температурой плавления. Многокомпонентные структуры могут быть использованы, например, для проклейки волокон, в которых оболочка в расплавленном или размягченном состоянии выступает в качестве связующего вещества для ядра.
В нефтяной и газовой промышленности для увеличения добычи нефти и/или газа иногда используют гидравлический разрыв пласта, при котором вязкую жидкость или пену для гидроразрыва закачивают под высоким давлением в подземные скважины для формирования разрывов. Когда формируется разрыв, в трещину вводят взвесь взвешенных веществ, называемую "расклинивающим агентом" или "проппан-том", находящуюся в жидкости или пене. После снижения давления проппанты образуют набивку, которая предназначена для удержания разрывов в открытом состоянии, обеспечивая тем самым обладающий высокой проводимостью канал в формации.
Эффективность подхода, представляющего собой гидроразрыв с последующим расклиниванием трещины гидроразрыва, может снижаться вследствие нежелательного переноса проппанта во время операций по очистке или во время работ по добыче из скважин. Перенос проппантов, который также известен как вынос проппанта, может ограничивать поток в стволе скважины, увеличивать внутреннее трение жидкой среды и загрязнять добываемую жидкость и, следовательно, является нежелательным.
Для решения проблемы выноса проппанта используют несколько различных подходов. Некоторые волокна были использованы в комбинации с проппантом для контроля обратного потока и модификации геометрии проппанта, в том числе были исследованы аспектные соотношения и распределение частиц по размерам. Также были использованы проппанты с покрытием из каучука. Предполагается, что проппан-ты с покрытием из каучука склеиваются в нисходящей скважине и формируют единый блок проппантов. Были использованы различные типы покрытий из смол/полимеров, в том числе термореактивные смолы (например, эпоксидные или фенольные смолы) и термопластичные эластомеры (например, акриловые смолы). Проблемы возникают из-за того, что применительно к контролю выноса проппанта недостатком проппантов со смоляным покрытием является потенциальное неполное отверждение смолы и также необходимость в совместимости смолы с компонентами жидкости для гидроразрыва (например, разжижи-телями жидкости для гидроразрыва).
Несмотря на достижения в области технологий контроля выноса проппанта, существует необходимость в дополнительных способах контроля выноса.
Краткое содержание
Настоящее изобретение включает, например, волокна и композиции, содержащие множество волокон. Волокна и композиции включают первую термопластичную композицию с температурой размягчения до 120°C и отверждаемую смолу. Волокна и композиции, раскрытые в данном документе, могут быть использованы, например, для обеспечения контроля над выносом проппанта в нефтяных и газовых скважинах и залежах.
В одном аспекте настоящее описание представляет собой волокно(а), состоящее из первой термопластичной композиции с температурой размягчения до 120°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75 или 70°C или в диапазоне от 60 до 80°C) и отверждаемой смолы, при этом каждое из них - и первая термопластическая композиция, и отверждаемая смола - формируют часть волокна, где волокно имеет аспектное соотношение не менее 2:1 и где волокно имеет максимальный поперечный размер до 60 мкм (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 50, 40 или 30 мкм и в некоторых вариантах осуществления изобретения в диапазоне от 10 до 50 мкм).
Примеры вариантов осуществления изобретения, описанные в данном документе, включают варианты, состоящие из ядра и наружной поверхности, при этом ядро состоит из первой термопластичной композиции. Например, в некоторых из этих вариантов осуществления изобретения отверждаемая смола находится снаружи по крайней мере части наружной поверхности. В некоторых вариантах осуществления изобретения, например, волокно включает ядро, состоящее из первой термопластичной композиции, и оболочку, состоящую из отверждаемой смолы и окружающую ядро. В некоторых вариантах осуществления изобретения оболочка дополнительно содержит отверждаемую смолу.
В некоторых вариантах осуществления изобретения волокно(а) согласно данному изобретению состоят из ядра и оболочки, окружающей ядро, где ядро состоит из второй термопластичной композиции и имеет точку плавления не ниже 140°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения, не ниже 150°C, а в некоторых вариантах осуществления изобретения в диапазоне от 140 до 260°C) и где оболочка состоит из первой термопластичной композиции с температурой размягчения не выше 120°C и отвер-ждаемой смолы.
В другом аспекте настоящее изобретение представляет собой композицию, состоящую из множества волокон согласно любому из вариантов.
В другом аспекте настоящее изобретение представляет собой композицию, состоящую из множества волокон, включающих
термопластичные волокна, состоящие из первой термопластичной композиции, имеющей темпера
туру размягчения до 120°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75 или 70°C или в диапазоне от 60 до 80°C), где каждое термопластичное волокно независимо имеет аспектное соотношение не менее 2:1 и максимальный поперечный размер до 60 мкм (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 50, 40 или 30 мкм и в некоторых вариантах осуществления изобретения в диапазоне от 10 до 50 мкм); и
отверждаемые волокна, состоящие из отверждаемой смолы, где каждое отверждаемое волокно независимо имеет аспектное соотношение не менее 2:1 и максимальный поперечный размер до 60 мкм (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 50, 40 или 30 мкм и в некоторых вариантах осуществления изобретения в диапазоне от 10 до 50 мкм);
термопластичные волокна и отверждаемые волокна формируют часть множества волокон.
В некоторых вариантах композиций, согласно данному изобретению, каждое термопластичное волокно и каждое отверждаемое волокно имеют ядро и оболочку, окружающую ядро, причем каждое ядро независимо состоит из второй термопластичной композиции с температурой плавления не менее 140°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения не менее 150°C и в некоторых вариантах осуществления изобретения в диапазоне температур от 140 до 260°C), где оболочка термопластичного волокна состоит из первой термопластичной композиции, а оболочка отверждаемого волокна состоит из отвер-ждаемой смолы.
В некоторых вариантах композиции, раскрытые в данном документе, состоят из жидкостей, отличающихся тем, что в них диспергировано множество волокон. В некоторых из этих вариантов композиция далее состоит из проппантов, диспергированных в жидкости.
В другом аспекте настоящее изобретение включает способ обработки подземных формаций, включающий
закачивание в ствол скважины, пересекающий подземную формацию, жидкой композиции, описанной в настоящем документе;
нагревание первой термопластичной композиции по крайней мере до одной из температур выше точки размягчения; и
и, по крайней мере, частичное отверждение отверждаемой смолы.
В некоторых вариантах осуществления изобретения нагревание первой термопластичной композиции по крайней мере до одной температуры выше температуры размягчения и, по крайней мере, частичное отверждение отверждаемой смолы осуществляются после закачивания жидкой композиции.
Волокна, описанные в настоящем документе, используются, например, для контроля миграции твердых частиц (например, контроля выноса проппантов) в скважинах и залежах. Волокна также используются и обладают преимуществом, например, для поддержания распределения проппантов во время закачивания и распределения их в скважинах, а также обеспечения более равномерного распределения расклинивающих агентов в разрыве пласта. Преимущества волокон включают также в некоторых вариантах осуществления изобретения способность образовывать сетку на месте естественного залегания посредством автогенной склейки волокон, в дополнение к переплетению. Кроме того, волокна, описанные в настоящем документе, имеющие полимерный и/или отверждаемый материал на внешней части волокна, являются менее абразивными по отношению к оборудованию, по сравнению, например, со стеклянными волокнами.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания особенностей и преимуществ настоящего изобретения далее представлена ссылка на подробное описание и сопроводительные чертежи, в которых:
фиг. 1A-1D - это схематическое поперечное сечение четырех примеров волокон, описанных в данном документе.
фиг. 2А-2С - это схематическое поперечное сечение трех примеров волокон, описанных в данном документе.
фиг. 3A-3E - это схематические перспективные изображения разнообразных волокон, описанных в данном документе.
Подробное описание
Волокна согласно настоящему изобретению включают ряд форм поперечного сечения. Волокна, описанные в данном документе, включают хотя бы одну форму поперечного сечения, выбранную из группы, включающей круговую, призматическую, цилиндрическую, дольчатую, прямоугольную, многоугольную или изогнутую формы. Волокна могут быть пустотелыми или не пустотелыми, они могут иметь прямолинейную или волнистую форму. Различия в форме поперечного сечения позволяют контролировать площадь активной поверхности, механических свойств, а также взаимодействия с жидкостью или другими компонентами. В некоторых вариантах осуществления изобретения волокно в соответствии с настоящим изобретением имеет круглое поперечное сечение или прямоугольное поперечное сечение. Волокна, имеющие в целом прямоугольное поперечное сечение, известны также как ленточные волокна. Волокна полезны, например, тем, что они обеспечивают большую площадь поверхности относительно объема, который они вытесняют.
В некоторых вариантах осуществления изобретения волокна, которые применяются на практике,
могут иметь один компонент (например, в вариантах композиций, состоящих из множества волокон). В некоторых вариантах осуществления изобретения волокна, описанные в данном документе, состоят из первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы, при этом первая термопластичная композиция и отверждаемая смола могут присутствовать в волокне в виде смеси, в которой, например, однородной смеси двух компонентов. В некоторых вариантах осуществления изобретения волокна, описанные в данном документе, содержат первую термопластичную композицию, отверждаемую смолу и факультативно вторую термопластичную композицию на отдельных участках волокна.
Примеры вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе, включают варианты с поперечным сечением, приведенные на фиг. 1A-1D и 2А-2С. Конфигурация ядра-оболочки, приведенная на фиг. 1B, 1С и 2А-2С, может быть полезна, например, из-за большой площади поверхности оболочки. В таких конфигурациях поверхность волокна обычно состоит из одной композиции. В вариантах осуществления изобретения, где оболочка состоит из отверждаемой смолы, преимущество может заключаться в большой отверждаемой поверхности. В рамках настоящего изобретения это относится к конфигурациям ядра-оболочки, имеющим несколько оболочек, как показано, например, на фиг. 2В и 2С. Другие конфигурации, например, показанные на фиг. 1А и 1D, обеспечивают модификации, которые можно выбрать в зависимости от предполагаемого применения. В модификациях с клиновидной формой (см., например, фиг. 1А) и слоистой формой (см., например, фиг. 1D) поверхность, как правило, состоит более чем из одной композиции.
Согласно фиг. 1А, клиновидное волокно 10 имеет круглое поперечное сечение 12, первая термопластичная композиция, расположенная на участках 16а и 16b, имеет температуру размягчения до 120°C, а отверждаемая смола расположена на участках 14а и 14b. Другие участки волокна (18а и 18b) могут включать третий компонент (например, вторую термопластичную композицию с температурой плавления не менее 140°C) или могут независимо включать первую термопластичную композицию или отвер-ждаемую смолу.
На фиг. 1В волокно имеет круглое поперечное сечение 22, оболочку 24 из отверждаемой смолы и ядро 26 из первой термопластичной композиции, температура размягчения которой составляет 120°C. Также возможно, что ядро 26 содержит отверждаемую смолу, а оболочка 24 - первую термопластичную композицию.
На фиг. 1С показано волокно 30, имеющее круглое поперечное сечение 32 и структуру ядро-оболочка с оболочкой 34 из отверждаемой смолы и множества ядер 36 из первой термопластичной композиции, температура размягчения которой составляет до 120°C. Также возможно, что множество ядер 36 содержит отверждаемую смолу, а оболочка 34 содержит первую термопластичную композицию.
На фиг. 1D показано волокно 40, имеющее круглое поперечное сечение 42, с пятью слоистыми участками 44а, 44b, 44c, 44d, 44e, которые представляют собой чередование, по крайней мере, первой термопластичной композиции, температура размягчения которой составляет до 120°C, и отверждаемой смолы, описанной в данном документе. Дополнительно, хотя бы в один из слоев может быть включена вторая термопластичная композиция.
Примеры поперечных сечений, показанных на фиг. 1A-1D, также могут применяться для композиций, согласно настоящему изобретению, и содержать множество волокон, включая термопластичные волокна и отверждаемые волокна. Например, все термопластичные волокна и отверждаемые волокна могут содержать вторую термопластичную композицию, температура плавления которой составляет не менее 140°C. В случае термопластичного волокна первая и вторая термопластичная композиция могут располагаться в клиновидной форме при конфигурации, показанной на фиг. 1А, конфигурации ядро-оболочка, показанной на фиг. 1В или 1С, или чередующейся конфигурации, показанной на фиг. 1D. В случае отверждаемого волокна отверждаемая смола и вторая термопластичная композиция могут располагаться в клиновидной при конфигурации, показанной на фиг. 1А, конфигурации ядро-оболочка, показанной на фиг. 1В или 1С, или чередующейся конфигурации, показанной на фиг. 1D.
Прочие примеры вариантов осуществления изобретения, описанные в данном документе, включают варианты, показанные на фиг. 2А, 2В и 2С. Согласно фиг. 2А, волокно 200 имеет круглое поперечное сечение 220, оболочку 290 из первой термопластичной композиции с температурой размягчения до 120°C, и отверждаемой смолы, а также ядро 280 из второй термопластичной композиции с температурой плавления не ниже 140°C.
На фиг. 2В показано волокно 201, имеющее круглое поперечное сечение 221, ядро 280 из второй, термопластичной композиции, оболочку 260 из первой термопластичной композиции, а также вторую оболочку 240 из отверждаемой смолы. В данной конструкции отверждаемая смола находится во второй оболочке 240, которая окружает первая термопластичная композиция в оболочке 260.
На фиг. 2С показано волокно 300, имеющее структуру ядро-оболочка с круглым поперечным сечением 320, оболочку 360, состоящую из первой термопластичной композиции с температурой размягчения до 120°C, вторую оболочку 340, состоящую из отверждаемой смолы, и множество ядер 380, состоящих из второй термопластичной композиции с температурой плавления не ниже 140°C.
На фиг. 3А-3E показаны перспективные изображения различных вариантов волокон согласно настоящему изобретению. На фиг. 3A показано волокно 50, имеющее треугольное поперечное сечение 52.
В проиллюстрированном варианте изобретения на одном участке присутствует первая термопластичная композиция 54, а отверждаемая смола 56 прилегает к первому термопластичному соединению 54.
На фиг. 3В показан ленточный вариант волокна 70, которое обычно имеет прямоугольное поперечное сечение и волнообразную форму 72. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения первый слой 74 состоит из первой термопластичной композиции, в то время как второй слой 76 состоит из отверждаемой смолы.
На фиг. 3C показано свернутое спиралью или извитое волокно 80, согласно настоящему изобретению. Расстояние между витками, 86, может регулироваться в соответствии с требуемыми свойствами.
На фиг. 3D показано волокно 100, имеющее цилиндрическую форму, а также первый кольцевой компонент 102, второй кольцевой компонент 104; последний компонент определяет пустотелой ядро 106. Первый и второй кольцевой компонент состоят из первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы в любой комбинации. Либо второй кольцевой компонент 104 может состоять из второй термопластичной композиции, а первый кольцевой компонент 102 - из первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы. Для одного из кольцевых компонентов 102, 104 пустотелое ядро 106 факультативно может быть частично или полностью заполнено присадкой (например, отверждающим агентом или веществом для повышения клейкости).
На фиг. 3Е показано волокно с дольчатой структурой 110, в примере показано пять долей 112 с наружной частью 114 и внутренней частью 116. Наружная часть 114 и внутренняя часть 116 состоят из первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы в любой комбинации.
Аспектное соотношение волокон, описанных в данном документе (например, волокон, состоящих из первой термопластичной композиции, отверждаемой смолы и, кроме того, второй термопластичной композиции; термопластичных волокон; и отверждаемых волокон, описанных в данном документе), может, например, составлять не менее 3:1, 4:1, 5:1, 10:1, 25:1, 50:1, 75:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 500:1, 1000:1 или более; или от 2:1 до 1000:1. Большие аспектные соотношения (например, имеющие аспектное соотношение 10:1 или более) могут проще образовывать сетку, и больше жидкости сможет проходить сквозь состоящую из проппанта набивку, содержащую волокна (т.е. будет обеспечена более высокая проводимость состоящей из проппанта набивки).
В некоторых вариантах осуществления изобретения волокна, описанные в данном документе (например, волокна с множественными компонентами), не сплавляются при температурах по крайней мере до 110°C (в некоторых вариантах до 120, 125, 150 или даже до 160°C). "Неплавкие" волокна могут аутогенно соединяться (например, без повышения давления между волокнами) без значительной потери архитектуры, например, конфигурации ядро-оболочка. В неплавких волокнах обычно сохраняется пространственное отношение между первой термопластичной композицией, отверждаемой смолой и, кроме того, второй термопластичной композицией. Обычно многокомпонентные волокна (например, волокна с конфигурацией ядро-оболочка) подвергаются настолько интенсивному потоку композиции оболочки во время аутогенного соединения, что конфигурация ядро-оболочка утрачивается, в то время как композиция оболочки становится концентрированной на участках соединения волокон, а композиция ядра подвергается воздействию в другом месте. Таким образом, как правило, многокомпонентные волокна - это плавкие волокна. Такая утрата структуры обычно приводит к потере функциональности волокна, обусловленной компонентом оболочки. В неплавких волокнах (например, волокнах ядра-оболочки) тепло вызывает незначительный поток или отсутствие потока композиции оболочки, так что у преобладающего большинства многокомпонентных волокон функциональность оболочки сохраняется.
Для того чтобы проверить, являются ли волокна неплавкими при определенной температуре, проводят следующее испытание. Волокна обрезают до длины 6 мм, разделяют и сворачиваются в плоский пучок взаимосвязанных волокон. Измеряют и записывают медиану большего поперечного сечения (например, диаметр круглого поперечного сечения) двенадцати обрезанных и разделенных волокон. Пучки волокон нагревают в обычной вентилируемой конвекционной печи в течение 5 мин при выбранной температуре испытания. Затем отбирают двадцать отдельных разделенных волокон и измеряют и записывают медиану большего размера поперечного сечения (например, диаметр). Волокна обозначают "неплавкими", если после нагрева измеряемый размер изменился менее чем на 20%.
Как правило, волокна, описанные в данном документе, обладают по крайней мере одной из форм устойчивости - к углеводородам или гидролизу (в некоторых вариантах осуществления изобретения обеими формами устойчивости). В некоторых вариантах осуществления изобретения при нагревании смеси, содержащей 5 вес.% множества волокон в деионизированной воде при 145°C в течение 4 ч в автоклаве, менее 50% (по объему) (об.%) множества волокон, по крайней мере, растворяется или распадается и менее 50 об.% первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы, по крайней мере, растворяется или распадается. Для определения гидролитической устойчивости используют следующую процедуру. Полграмма волокна помещают во флакон вместимостью 12 мл, содержащий 10 г деионизированной воды. Через флакон пропускают азот, запечатывают резиновой мембраной и помещают в автоклав при температуре 145°C на 4 ч. Волокна затем рассматривают под оптическим микроскопом при 100x увеличении. Считается, что испытание не пройдено, если при визуальной оценке под микроскопом, по крайней мере 50 об.% волокон или по крайней мере 50 об.% первой термопластичной композиции и отверждае
мой смолы растворились и/или распались, как это определено с помощью визуального осмотра под микроскопом.
В некоторых вариантах осуществления изобретения при нагревании смеси, содержащей 2 вес.% множества волокон в керосине при температуре 145°C в течение 24 ч в атмосфере азота, менее 50 об.% множества волокон, по крайней мере, растворяется или распадается, и менее 50 об.% первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы, по крайней мере, растворяется или распадается. Для определения гидролитической устойчивости используют следующую процедуру. Полграмма волокна помещают во флакон вместимостью 25 мл, содержащий керосин (химически чистый, температура кипения 175-320°C, Sigma-Aldrich, Милуоки, Висконсин) и нагретый до 145°C, на 24 ч в атмосфере азота. Через 24 ч керосин охлаждают и волокна изучают под оптическим микроскопом при 100x увеличении. Испытание не пройдено, если при визуальной оценке под микроскопом, по крайней мере 50 об.% волокон или по крайней мере 50 об.% первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы растворились и/или распались, как это определено с помощью визуального осмотра под микроскопом.
Варианты волокон, описанные в данном документе (например, волокна, состоящие из первой термопластичной композиции, отверждаемой смолы и, факультативно, второй термопластичной композиции; термопластичные волокна; а также отверждаемые волокна, описанные в данном документе), включают волокна длиной до 20 мм, например в диапазоне от 2 до 20 мм или от 2 до 10 мм.
Волокна в соответствии с настоящим изобретением (например, волокна, состоящие из первой термопластичной композиции, отверждаемой смолы и, факультативно, второй термопластичной композиции; термопластичные волокна и отверждаемые волокна, описанные в данном документе) имеют максимальный размер поперечного сечения до 60 мкм (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 50, 40 или 30 мкм). Например, волокно может иметь круглое поперечное сечение со средним диаметром в диапазоне от 1 до 60, от 10 до 50 или от 10 до 30 мкм. В другом примере волокно может иметь прямоугольное поперечное сечение со средней длиной (например, большего поперечного сечения) в диапазоне от 1 до 0, от 10 до 50 или от 10 до 30 мкм.
Как правило, размеры волокон, используемых для конкретного применения (например, во множестве волокон), а также компоненты, составляющие волокна, являются приблизительно одинаковыми, хотя могут применяться также волокна с существенно различающимися композициями и/или размерами. В некоторых случаях бывает желательно использовать волокна, принадлежащие к двум или более различным группам (например, различающимися по крайней мере по одному полимеру или смоле, содержащими один или несколько дополнительных полимеров, с различной средней длиной или иным характеристикам различные конструкции), где одна группа волокон обеспечивает определенное преимущество(а) в одном аспекте, а другая группа - некоторое преимущество(а) в другом аспекте.
Волокна, описанные в данном документе, в целом могут быть получены с помощью способов, известных в технике изготовления многокомпонентных (например, двухкомпонентных) волокон. Такие способы включают скручивание волокна (см., например, патент США № 4406850 (Хиллз), 5458972 (Ха-ген), 5411693 (Вуст), 5618479 (Лиджтен) и 5989004 (Кук)).
Для обеспечения требуемых функциональных характеристик можно выбрать любой компонент волокон, включая первую термопластичную композиция, отверждаемую смолу и, факультативно, вторую термопластичную композицию, а также любые дополнительные полимеры.
Волокна и композиции, согласно настоящему изобретению, состоят из первой термопластичной композиции с температурой размягчения до 120°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75 или 70°C или в диапазоне от 60 до 80°C).
Для любых вариантов волокон или множества волокон, описанных в данном документе, первая термопластичная композиция может представлять собой единый термопластичный материал, смесь термопластичных материалов, или смесь хотя бы одного термопластичного и хотя бы одного другого материала (т.е. не термопластичного). Температура размягчения первой термопластичной композиции, предпочтительно, может быть выше температуры хранения волокна.
Желаемая температура размягчения может быть достигнута посредством выбора соответствующего одного термопластичного материала или сочетания двух или более термопластичных материалов. Например, если термопластичный материал размягчается при очень высокой температуре, данную температуру можно уменьшить посредством добавления второго термопластичного материала с более низкой температурой размягчения. Также термопластичный материал может быть использован в сочетании, например, с пластифицирующей добавкой для достижения требуемой температуры размягчения. В некоторых вариантах осуществления изобретения к термопластичному материалу может быть добавлена от-верждаемая смола, и получившаяся смесь будет иметь температуру размягчения до 120°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75 или 70°C или в диапазоне от 60 до
80°C).
Примеры термопластичных материалов, которые следует или можно модифицировать для получения температуры размягчения до 120°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75 или 70°C или в диапазоне от 60 до 80°C), включают по крайней мере один из (т.е. один или более из следующих компонентов в любом сочетании): сополимер этилен-винилового спирта (на
пример, с температурой размягчения от 156 до 191°C, EVALAmerica, Хьюстон, Техас, торговое название "EVALG176B"), термопластичный полиуретан (например, Huntsman, Хьюстон, Техас, торговое название "IROGRANA80 Р4699"); полиоксиметилен (например, Total, Париж, Франция, торговое название "CEL-CONFG40U01"), полипропилен (например, Ticona, Флоренс, Кентукки, торговое название "5571"); по-лиолефины (ExxonMobil, Хьюстон, Техас, торговое название "EXACT 8230"), сополимер этилен-винилацетата (например, ATPlastics, Эдмонтон, Альберта, Канада), полиэфир (например, Evonik, Парси-панны, Нью Джерси, торговое название "DYNAPOL"; или EMS-Chemie AG, Reichenauerstrasse, Швейцария, торговое название "GRILTEX"), полиамиды (например, Arizona Chemical, Джексонвилль, Флорида, торговое название "UNIREZ 2662" или Е. I. Du Pontde Nemours, Вилмингтон, Делавэр, торговое название "ELVAMIDE 8660"), фенокси (например, доступного для приобретения в компании Inchem, Rock Hill SC), виниловые полимеры (например, поливинилхлорид от Omnia Plastica, Arsizio, Италия) или акриловые полимеры (например, Arkema, Париж, Франция, торговое название "LOTADERAX 8900"). В некоторых вариантах осуществления изобретения первая термопластичная композиция состоит из частично нейтрализованного сополимера этилен-метакриловой кислоты, Е. I. Du Pontde Nemours & Company, торговые названия "SURLYN 8660", "SURLYN 1702", "SURLYN 1857" и "SURLYN9520".
В некоторых вариантах осуществления изобретения первая термопластичная композиция состоит из смеси термопластичного полиуретана, приобретенного в компании Huntsman, торговое название "IROGRANA80 Р4699", полиоксиметилена, приобретенного в компании Ticona, торговое название "CELCONFG40U01" и полиолефина, приобретенного в компании Exxon Mobil Chemical, торговое название "EXACT 8230".
В некоторых вариантах осуществления изобретения, включая любые варианты волокон или множества волокон, которые описываются в данном документе, первый термопластичный материал имеет модуль менее чем 3х106 дин/см2 (3х105 Н/м2) при частоте, равной приблизительно 1 Гц, при температуре выше -60°C. В данных вариантах обычно первая термопластичная композиция становится клейкой при температуре выше -60°C.
Волокна и композиции согласно настоящему изобретению содержат отверждаемую смолу (т.е. термореактивная смола). Термин "отверждаемый", который используется в данном документе, относится к уплотнению или затвердеванию смолы посредством образования ковалентной сетчатой структуры, обусловленной по крайней мере одной из химических добавок, электромагнитным излучением (например, видимым, инфракрасным или ультрафиолетовым), излучением электромагнитного пучка или тепловым излучением. Отверждаемые смолы включают низкомолекулярные материалы, преполимеры, олигомеры и полимеры, например материалы с молекулярной массой от 500 до 5000 г/моль. Полезные полимерные смолы включают жидкие и твердые вещества, например, обладающие температурой плавления не ниже 50°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения, температурой по крайней мере 60, 70 или 80°C, в некоторых вариантах осуществления изобретения до 100, 110 или 120°C). Примеры отверждае-мых смол включают по крайней мере один из следующих материалов: эпоксидную смолу (например,
Hexion Specialty Chemicals, Хьюстон, Техас, торговое название "EPON 2004", "EPON 828" или "EPON
1004"), фенольную смолу (например, Georgia Pacific, Атланта, Джорджия), акриловый полимер, изоциа-нат (например, Bayer, Питтсбург, Пенсильвания), феноксиполимеры (например, Inchem Corp), винилы, виниловые простые эфиры или силан (например, Dow-Corning, Мидлэнд, Майами).
В некоторых вариантах осуществления изобретения, включая варианты волокон или их множества волокон, которые раскрыты в данном документе, отверждаемой смолой является эпоксидная смола. В молекуле используемых эпоксидных смол, как правило, в среднем, имеется не менее двух эпоксидных групп. "Среднее" число эпоксидных групп в молекуле определяют как количество эпоксидных групп в материале, содержащем эпоксидные смолы, разделенное на общее количество присутствующих эпоксидных молекул. В некоторых вариантах осуществления изобретения волокон или множества волокон, раскрытых в данном документе, полимерной смолой является твердый эпоксидный полимер. Подходящие эпоксидные смолы включают диглицидиловый простой эфир бисфенола А (например, Hexion Specialty Chemicals, торговое название "EPON 828", "EPON 1004" и "EPON100IF", и также Dow Chemical Co., Мидлэнд, торговые названия "D.E.R. 332" и "D.E.R. 334"), простой диглицидиловый эфир бисфенола F (например, Huntsman Chemical, Вудлэндс, Техас под торговым обозначением "ARALDITE GY28 1"), циклоалифатические эпоксидные смолы (например, диоксид винилциклогексена, 3,4-эпоксициклогексилметил-3,4-эпоксициклогексен карбоксилат, 2-(3,4-эпоксициклогексил), (5,5-спиро-3,4-эпокси) циклогексан-метадиоксан, бис-(3,4-эпоксициклогексил) адипат от Dow Chemical Co., торговое название "ERL"); эпоксидированный полибутадиен; кремнийорганическая смола, содержащая функциональные эпоксидные группы, а также огнезащитные эпоксидные полимеры (например, эпоксидный полимер бромированого бисфенола, Chemical Со, торговое название "D. E. R. 542"), 1,4-бутанедиол дигли-цидиловый простой эфир (например, Huntsman Chemical, торговое название "ARALDITE RD-2"), дигли-цидиловые простые эфиры полиоксиалкиленгликоля, эпоксидные смолы на основе гидрогенизированно-го бисфенола А-эпихлорогидрина (например, Hexion Specialty Chemicals, торговое название "EPONEX 1510"), полиглицидилового эфира фенолформальдегидного новолака (например, Dow Chemical Co., торговые названия "D.E.N. 431" и "D.E.N. 438"), а также полимеров или сополимеров глицидил-метакрилата.
Варианты волокон, описанные в данном документе, включают варианты, содержащие отверждаю-щий агент. Термин "отверждающий агент" относится к реактивным многофункциональным материалам, образующим сополимеры с отверждаемой смолой (например, посредством аддитивной полимеризации) и компонентам, которые обеспечивают гомополимеризацию отверждаемой смолы. Некоторые отвер-ждающие агенты могут как образовывать сополимеры с отверждаемой смолой, так и вызывать гомопо-лимеризацию отверждаемых смол, в зависимости от температуры и других условий. В некоторых вариантах осуществления изобретения отверждающий агент присутствует, например, с вместе с отверждае-мой смолой и/или первой термопластичной композицией, которые описаны в данном документе. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая термопластичная композиция объединена, например, с фотоинициатором или катализатором, который может обеспечить отверждение смолы. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая термопластичная композиция включает термопластик с функциональными группой (например, кислотной или основной функциональной группой), которая может взаимодействовать с отверждаемой смолой или вызывать гомополимеризацию отверждаемой смолы. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая термопластичная композиция включает полиуретан. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая термопластичная композиция включает сополимер этилен-метакриловой кислоты.
Примеры отверждающих агентов (например, для эпоксидной смолы) включают ароматические амины (например, 4,4'-метилендианилин или ароматический амин, Air Products, Аллентаун, Пенсильвания, торговое название "AMICURE 101"); алифатические амины (например, дизэтилентриамин, амино-этилпиперазин, или тетраэтиленпентамин); модифицированные алифатические амины (например, производимые компанией Air Products, торговое название "ANCAMINE XT" или "ANCAM1NE 1768"); цик-лоалифатическе амины (например, Air Products, торговое название "ANCAMINE 1618" или "ANCAMINE 1895"); модифицированные полиэфирные амины (например, Huntsman Chemical, Вудлэндс, Техас, торговое название "JEFFAMINE"); амидоамины (например, Air Products, торговые названия "ANCAMIDE 220", "ANCAMIDE 260А" и "ANCAMIDE 400"); полиамиды (например, Air Products, торговые названия "ANCAMIDE 220", "ANCAMIDE 260А" и "ANCAMIDE 400"); третичные амины (например, Air Products, торговые названия "ANCAMINE 1110" и "ANCAMINE K54"); дициандиамиды, замещенные мочевины (например, Air Products, торговые названия "AMICURE UR" и "AMICURE UR2T"); имидазолы, (например, Shikoku Chemicals Corporation, Marugame, Kagawa, Япония, торговые названия "CUREZOL 2MA-OK" и "CUREZOL 2PZ"); моноэтиламин фтористого бора, четвертичные фосфониевые соли, уретаны, ангидриды (например, малеиновый ангидрид и янтарный ангидрид); карбоновые кислоты, полисульфиды и меркаптаны (например, Cognis Corporation, Monheim, Германия, торговое название "CAPCURE WR-6"). В некоторых вариантах осуществления изобретения отверждающим агентом является фотоинициатор. Примеры фотоинициаторов включают ароматические комплексные соли иодония (например, гексафтор-фосфат диарил-иодоний, гексафтороантимонат диарил-иодонийа, и другие вещества, описанные в патенте США № 4256828 (Смит)); ароматические сульфониевые комплексные соли (например, гексафтороан-тимонат трифенилсульфония и другие вещества, описанные в патенте США № 4256828 (Смит)); а также соли металлоцена (например, (n5-циклопентадиенил)n6-ксилены)Fe+•SbFe6- и другие вещества, описанные в патенте США № 5089536 (Палаззотто). В некоторых вариантах осуществления изобретения отвер-ждающий агент выбирают из группы, которая состоит из аминов, уретанов, мочевины, амидов, карбоно-вых кислот и имидазола. Содержание отверждаемого агента в волокне (например, вместе с отверждаемой смолой или с первой термопластичной композицией), может составлять от 0.1 до 40 вес.% от количества отверждаемой смолы, в зависимости от выбранного отверждающего агента (например, если это каталитическое или стехиометрическое отверждающее вещество). В некоторых вариантах осуществления изобретения (например, вариантах, в которых первая термопластичная композиция включает термопластик, являющийся отверждающим агентом) массовая доля отверждающего агента может превышать массовую долю отверждаемой смолы. Как правило, отверждающий агент присутствует в достаточном количестве, для того чтобы вызывать достижение точки гелеобразования полимерной смолы (т.е. обеспечивается время или температура, при которой начинает образовываться пространственная полимерная сетка) (включая любой термопластик, в сочетании с которым она применяется).
Для отверждения отверждаемых смол, описанных в данном документе, могут быть использованы технологии, известной для специалиста в данной области, включая электромагнитное излучение (например, в видимой, инфракрасной или ультрафиолетовой области спектра), электронно-лучевое излучение или тепловое излучение и также сочетание всех выше перечисленных технологий. В некоторых вариантах осуществления изобретения, где отверждающим агентом для отверждаемой смолы является фотоинициатор, волокно может подвергаться воздействию света и тепла (например, при закачивании волокна в подземную формацию).
В некоторых вариантах осуществления изобретения отверждаемая смола в сочетании с любым от-верждающим агентом и /или ускорителем реакции имеет температуру начала отверждения до 120°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75 или 70°C или в диапазоне
от 60 до 80°C).
Примеры второй термопластичной композиции, которая имеет температуру плавления не ниже
140°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения не ниже 150°C; в некоторых вариантах - в диапазоне от 160 до 220°C), используемой на практике для реализации изобретений, описанных в данном документе, включают, по крайней мере (т.е. включают одно или более из любых перечисленных ниже сочетаний): сополимер этилен-винилового спирта (например, EVAL America, Хьюстон, Техас, торговое название "EVAL G176B"); полиамид (например, Е1. du Pont de Nemours, торговое название "ELYAMIDE" или BASF North America, Флорхэм Парк, Нью Джерси, торговое название "ULTRAMID"), полиоксиметилен (например, Ticona, торговое название "CELCON"), полипропилен (например, Total), полиэфир (например, Evonik, торговое название "DYNAPOL" или EMS-Chemie AG. торговое название "GRILTEX"), полиуретан (например, Huntsman, торговое название "IROGRAN"), полисульфон, поли-имид, полиэфирэфиркетон или поликарбонат. Как описано выше в связи с первыми термопластичными композициями, для получения вторых термопластичных композиций могут быть использованы смеси термопластиков и/или других компонентов. Например, если внутренний слой термопластика размягчается при слишком низких температурах, он может быть модифицирован посредством добавления второго полимера с более высокой температурой размягчения. В некоторых вариантах осуществления изобретения содержание второй термопластичной композиции составляет от 5 до 40 вес.% от общей массы волокна.
Волокна, включая волокна, содержащие первую термопластичную композицию, факультативно, вторую термопластичную композицию, которые описываются в данном документе, могут содержать термопластик в количестве по крайней мере 30, 40, 50, 60, 70 или по крайней мере 98 вес.% (в некоторых вариантах осуществления изобретения в диапазоне от 30 до 60 вес.%) (например, первую термопластичную композицию и, кроме того, вторую термопластичную композицию и любой другой термопластик) от общей массы соответствующего волокна. В некоторых вариантах осуществления изобретения волокна, описанные в данном документе, могут, например, содержать первую термопластичную композицию с температурой размягчения до 120°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75 или 70°C или в диапазоне от 60 до 80°C) в количестве от 5 до 85 вес.% (в некоторых вариантах осуществления изобретения от 5 до 40, от 40 до 70 или от 60 до 70 вес.%) от общей массы соответствующего волокна.
В некоторых вариантах осуществления изобретения (например, вариантах, содержащих первую термопластичную композицию и, факультативно, вторую термопластичную композицию) волокна, согласно настоящему изобретению, содержат отверждаемую смолу в количестве 20 до 60 вес.%, от общей массы соответствующего волокна.
В некоторых вариантах осуществления изобретения волокна, которые описываются в данном документе, включая варианты, в состав которых входит вторая термопластичная композиция с температурой размягчения до 120°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения до 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75 или 70°C или в диапазоне от 60 до 80°C), термопластик и отверждаемая смола, могут совместно составлять по крайней мере 25 вес.% (в некоторых вариантах осуществления изобретения по крайней мере 30, 40, 50, 60, 70, 75, 80, 90, 95 или 98 вес.%) соответствующего волокна.
В некоторых вариантах композиций, согласно настоящему изобретению, содержание каждого из термопластичных волокон, описанных в данном документе, может составлять, например, по крайней мере 30, 40, 50, 60, 70 или даже 98 вес.% (в некоторых вариантах осуществления изобретения от 30 до 60 вес.%) термопластика (т.е. включающего первую термопластичную композицию, факультативно вторую термопластичную композицию и любые другие термопластики) от общей массы соответствующего термопластичного волокна. Описанные в данном документе термопластичные волокна могут содержать, например, от 5 до 85 вес.% (в некоторых вариантах осуществления изобретения, от 5 до 40, от 40 до 70 или от 60 до 70 вес.%) термопластика с температурой размягчения до 120°C (в некоторых вариантах осуществления изобретения не более 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75 или 70°C или в диапазоне от 60 до 80°C) от общей массы соответствующего термопластичного волокна.
В отверждаемых волокнах, описанных в данном документе, может, например, присутствовать от-верждаемая смола, в количестве от 20 до 60 вес.% от общей массы термопластичного волокна.
Кроме того, волокна, описанные в данном документе, факультативно могут также содержать другие компоненты (например, присадки и/или материалы для формирования покрытий) для придания им требуемых свойств, таких как удобство при транспортировке, пригодность для обработки, стабильность и диспергируемость, а также для улучшения функциональных свойств при диспергировании в жидкости. Примеры присадок и материалы для формирования покрытий включают антиоксиданты, красители (например, краски и пигменты), наполнители (например, технический углерод, глину и диоксид кремния), а также материалы для поверхностного нанесения (например, воск, поверхностно-активные вещества, полимерные диспергируемые агенты, тальк, эрукамид, камедь и вещества для контроля выноса), облегчающие обращение с материалом.
Для улучшения способности к диспергированию, волокон, раскрытых в настоящем документе, можно использовать поверхностно-активные вещества (ПАВ), например, в композициях (например, содержащих жидкости), раскрытых в данном документе. Применяемые ПАВ (также известные как эмульгаторы) включают анионные, катионные, амфотерные и неионогенные ПАВ. Применяемые анионные
ПАВ включают сульфаты и сульфонаты алкиларилэфира, сульфаты и сульфонаты алкиларилполиэфира (например, сульфаты и сульфонаты алкиларилполиэтилена оксида, предпочтительно те, которые имеют до 4 этиленоксидных повторяющихся звеньев, включая натрий алкиларилполиэфир сульфонаты, известные под торговым названием "TRITON X200", Rohm and Haas, Филадельфия, Пенсильвания), алкилсуль-фаты и алкилсульфонаты (например, лаурилсульфат натрия, лаурилсульфат аммония, триэтаноламин-лаурилсульфат и натрий гексадецил сульфат), алкиларилсульфаты и сульфонаты (например, додецилбен-зилсульфат натрия и додецилбензилсульфонат натрия), сульфаты и сульфонаты алкилэфира (например, этерифицированный лаурилсульфат аммония) и сульфаты и сульфонаты алкилполиэфира (например, сульфаты и сульфонаты алкилполи(этиленоксида), предпочтительно содержащие до 4-этиленоксидных звеньев). Применяемые неионогенные ПАВ включают этоксилированный олеоиловый спирт и октилфе-ниловый эфир полиоксиэтилена. Применяемые катионные ПАВ включают смеси алкила диметилбензи-ламмоний хлоридов, в молекуле которых алифатическая цепь содержит 10 до 18 атомов углерода. Также применяются амфотерные ПАВ, которые включают сульфобетаины, N-алкиламинопропионовые кислоты, и N-алкинбетаины. ПАВ могут также добавляться к волокнам, которые описаны в данном документе, например, в количестве, достаточном для нанесения одного слоя покрытия на поверхность волокон для обеспечения самопроизвольного смачивания. Применяемое количество ПАВ может варьировать, например, от 0.05 до 3 вес.% от общей массы соответствующего волокна.
Полимерные диспергирующие вещества также могут использоваться, например, для стимуляции дисперсии волокон, которые описаны в данном документе, в выбранной среде, и при требуемых условиях применения (например, уровне pH и температуре). Примеры полимерных диспергирующих веществ включают соли (например, аммония, натрия, лития и калия) полиакриловых кислот со средней молекулярной массой более 5000, карбоксимодифицированные полиакриламиды (торговое название "CY-ANAMER A-370", Cytec Industries, Вест Патерсон, Нью Джерси), сополимеры акриловой кислоты и ди-метиламиноэтилметакрилата, полимерные четвертичные амины (например, четвертичный сополимер поливинилпироллидона (доступный, например, под торговым названием "GAFQUAT 755", от ISP Corp., Вэйн, Нью Джерси) и целлюлозные полимеры, замещенные четвертичными аминами (торговое название "JR-400", Dow Chemical Company, Мидлэнд, Майами), целлюлозные полимеры, карбоксид модифицированные целлюлозные полимеры (например, натрий карбоксиметилцеллюлоза (торговое название "NA-TROSOL CMC Type 7L", Hercules, Вилмингтон, Делавэр)) и поливиниловые спирты. К волокнам, раскрытым в настоящем изобретении, могут быть добавлены также полимерные диспергирующие вещества, например, в количестве, достаточном, в среднем, для нанесения одного слоя покрытия на поверхность волокон для обеспечения самопроизвольного смачивания. Применяемое количество полимерных диспергирующих веществ может варьировать, например, от 0.05 до 5 вес.% от общей массы соответствующего волокна.
Примеры антиоксидантов включают экранированные фенолы (торговое название "IRGANOX", Ciba Specialty Chemical, Базель, Швейцария). Как правило, антиоксиданты используются в количестве 0.1 до 1.5 вес.% от общей массы соответствующего волокна для сохранения полезных свойств во время экструзии и в течение срока эксплуатации изделия.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, композиции, согласно настоящему изобретению, содержат жидкость, которая имеет множество волокон, описываемых в данном документе, диспергированных в жидкости. Композиции могут быть водными, безводными (например, содержащими углеводород или спирт) или представлять собой сочетание описанных выше веществ, а также могут факультативно содержать одно или несколько ПАВ (т.е. ПАВ, которые описаны выше), модификаторы вязкости (например, гелеобразующий агент или разжижители геля), газы (например, азот, двуокись углерода, воздух и природный газ), буферные растворы или соли. pH композиции может быть скорректирован для обеспечения совместимости с волокнами, которые описаны в данном документе.
В некоторых вариантах осуществления изобретения композиции, раскрытые в данном документе, содержат проппанты (например, диспергированные в жидкости). Термин "проппант" в данном документе, включает материалы, используемые для расклинивания трещин, которые вводят в подземную формацию при гидравлическом разрыве пласта, и также твердые частицы для контроля проявления песка, которые вводят в скважину/формацию при операции контроля пескопроявления (гравийная набивка или гравийный фильтр). Примеры проппантов, известных для специалистов в данной области, включают проппанты из песка (например, пески Ottawa, Brady или Colorado, часто называемые белыми или бурыми песками, в различных соотношениях), песка со смоляным покрытием, спеченного боксита, керамического материала (т.е. стекол, кристаллической керамики, стеклянной керамики или сочетания этих материалов), термопластики, органические материалы (например, земляной или дробленный ракушечник, мелкий ракушечник и обработанную древесину), и глину. Песочные проппанты можно приобрести в компаниях Badger Mining Corp., Берлин, Висконсин; Borden Chemical, Колумбус, Огайо и Fairmont Minerals, Чардон, Огайо. Термопластичные проппанты можно приобрести, например, в компаниях Dow Chemical Company, Мидлэнд, Майами и BJ Services, Хьюстон, Техас.
Глиняные проппанты можно приобрести, например, в компаниях CarboCeramics, Ирвинг, Техас и Saint-Gobain, Courbevoie, Франция. Керамические проппанты на основе спеченного боксита можно при
обрести, например, в компаниях Borovichi Refractories, Боровичи, Россия; 3М Company, Сент-Пол, Миннесота; CarboCeramics; и Saint Gobain. Проппанты, представляющие собой сеткляные шарики и гранулы можно приобрести, например, в компаниях Diversified Industries, Сидней, Британская Колумбия, Канада и 3М Company.
Размеры применяемых проппантов варьируют от 100 до 3000 мкм (т.е. приблизительно, от 140 до 5 меш (ANSI)) (в некоторых вариантах осуществления изобретения в диапазоне от 1000 до 3000 мкм, от 1000 до 2000 мкм, от 1000 до 1700 мкм (т.е. приблизительно от 20 до 12 меш), от 850 до 1700 мкм (т.е. приблизительно от 20 до 12 меш), от 850 до 1200 мкм (т.е. приблизительно от 20 до 16 меш), от 600 до 1200 мкм (т.е. приблизительно от 30 до 16 меш), от 425 до 850 мкм (т.е. приблизительно 40 до 20 меш) или от 300 до 600 мкм (т.е. приблизительно 50 до 30 меш)).
В некоторых вариантах способов обработки подземных формаций, описанных в данном документе, способ включает закачивание в ствол скважины, пересекающей подземную формацию, композицию, содержащую множество волокон (т.е. множество волокон, содержащих первую термопластичную композицию, отверждаемую смолу и, факультативно, вторую термопластичную композицию). В некоторых вариантах способов обработки подземных образований, описанных в данном документе, способ включает закачивание в ствол скважины, пересекающей подземную формацию, композицию, содержащую множество волокон, множество волокон, содержащих термопластичные волокна и отверждаемые волокна, раскрытые в настоящем документе.
В некоторых вариантах способов обработки подземных формаций, описанных в данном документе, способ включает формирование сетчатой структуры из множества волокон. Сетчатая структура может быть образована, например, посредством нагрева первой термопластичной композиции по крайней мере до одной температуры, превышающей температуру размягчения. При температуре, превышающей температуру размягчения, например, при температуре подземной формации, первая термопластичная композиция станет клейкой (т.е. ее модуль составит менее 3х106 дин/см2 (3х105 Н/м2) при частоте приблизительно 1 Гц), и в результате сцепления волокон образуется сетчатая структура. В некоторых вариантах осуществления изобретения предусмотрено, что первая термопластичная композиция будет становиться клейкой при определенной температуре нисходящей скважины (например, при статической температуре забойной скважины (BHST)). Клейкая сетчатая структура может образоваться почти моментально, когда волокна достигнут требуемого положения в формации, обеспечивая возможность быстрого контроля миграции твердых частиц (например, контроля выноса проппанта).
Раскрытые в настоящем изобретении способы обработки подземных формаций предполагают, что отверждаемая смола, по крайней мере, частично отверждена. Частичное отверждение может произойти, например, в случае взаимодействия, по крайней мере 50% (в некоторых вариантах осуществления изобретения по крайней мере 60, 70, 75, 80, 90, 95 или 97%) реактивных функциональных групп в отвер-ждаемой смоле. Без рассмотрения теории, предполагается, что, по мере того, как полимерная смола затвердеет, и прочность ее возрастет, она будет усиливать клейкую сетчатую структуру, образовавшуюся между волокнами. В некоторых вариантах осуществления изобретения, термопластик, который присутствует вместе с полимерной смолой, будет придавать жесткость отвержденному проппанту или гравийной набивке. Вследствие этого набивка станет устойчивой к циклическим напряжениям, которые могут возникать при частых остановках и повторных запусках скважины.
В некоторых вариантах волокон и способов, раскрытых в данном документе, температура начала отверждения отверждаемой смолы приблизительно равна температуре размягчения первой термопластичной композиции (например, отличается от нее не более чем на 20, 15, 10 или 5°C). В некоторых из этих вариантов осуществления изобретения первая термопластичная композиция включает агент для отверждения отверждаемой смолы, которое может придавать преимущество, например, предотвращать затвердевание смолы раньше, чем она займет требуемое положение в подземной формации.
Некоторые варианты способов, описанных в данном документе, отличаются тем, что множество волокон составляет вторая термопластичная композиция, которая имеет температуру плавления выше температуры подземной формации. Например, температура плавления может быть по крайней мере на 10, 15, 20, 25, 50, 75°C или по крайней мере на 100°C выше температуры формации.
В некоторых вариантах способов обработки подземных формаций, описанных в данном документе, волокна, поступающие в скважину, представляют собой сухие волокна.
Способы обработки подземных формаций, согласно настоящему изобретению, могут быть Использованы, например, для уменьшения миграции твердых частиц в подземных формациях. Область применения способов, описанных в данном документе, включает гидравлический разрыв пласта, введение гравийной набивки и контроль мелких частиц (например, мелких частиц или частиц, вымытых с поверхности каменистых подземных пород). В некоторых вариантах способов обработки подземных формаций, раскрытых в данном документе, закачивание раствора осуществляется при высоком давлении, достаточном для расклинивания по крайней мере одной трещины пласта. В некоторых вариантах закачанная композиция содержит кислоту, (например, соляную кислоту). В некоторых вариантах способ дополнительно предусматривает контакт композиции с трещиной. В некоторых из этих вариантов способ дополнительно предусматривает размещение проппанта в трещине. Способы, описанные в данном документе, включают
закачивание композиций, которые содержат множество волокон, описываемых в данном документе, во время в течение осуществления гидроразрыва формации или после гидроразрыва.
Способы, описанные в настоящем документе, могут быть использованы в вертикальных скважинах, отклоненных скважинах, наклоненных скважинах или горизонтальных скважинах, а также могут применяться в нефтеносных скважинах, газоносных скважинах и сочетании вышеуказанного.
Как правило, если способы, описанные в данном документе, используются для гидроразрыва пласта использованием проппанта, множество волокон согласно настоящему изобретению, предотвращает вынос проппанта в течение очистки или эксплуатации скважины. Контроль выноса можно оценивать в лаборатории, например, с использованием камеры с ячейкой для сдерживания выноса проппанта, с впусками и выпусками, обеспечивающими поток жидкости; систем циркуляции для прокачивания жидкости через набивку проппанта и гидравлического пресса для обеспечения однонаправленного напряжения, вызывающего смыкание трещины на набивке проппанта. Жидкость (например, воду) можно закачивать с напорной стороны ячейки при увеличивающейся скорости потока до тех пор, пока на выходе не будет наблюдаться исходящий поток. В некоторых вариантах осуществления изобретения при оценке используют следующие спецификации. Ячейка для определения выноса имеет прямоугольную форму, с рабочей площадкой размером 5.25 дюймов на 5.25 дюймов (13.3 см на 13.3 см) для удержания 400 г твердого вещества (например, песчаного проппанта и волокна, раскрытого в настоящем изобретении). После введения твердого вещества в верхней части устанавливают квадратный шток. На верховой стороне ячейки имеется 3 впускных отверстия размером 13 мм. На выпускной стороне ячейки имеются отверстие диаметром 10 мм. Затем ячейку для определения выноса проппанта помещают в гидравлический пресс и применяют напряжение, вызывающее смыкание трещины, в 4000 фунтов/кв. дюйм (27.6 МПа). Ячейку для определения выноса выдерживают при температуре 90°C, и поток воды постоянно увеличивается от нуля при скорости 4 л/мин до разрушения набивки проппанта. В некоторых вариантах осуществления изобретения множество волокон, открытых таким образом, обеспечивает неожиданно высокую скорость потока при разрушении (например, по крайней мере 6, 8, 10 или 12 л/мин).
Отобранные варианты осуществления изобретения
Первый вариант осуществления изобретения представляет собой волокно, включающее
первую термопластичную композицию с температурой размягчения до 120°C и
отверждаемую смолу,
первая термопластичная композиция и отверждаемая смола, каждый из этих компонентов, формируют часть волокна, отличающегося тем, что волокно имеет аспектное соотношение по крайней мере 2:1 и максимальный размер поперечного сечения волокна может достигать 60 мкм.
Во втором варианте осуществления изобретения представлено волокон, согласно первому варианту, отличающееся тем, что волокно состоит, по крайней мере, из ядра и наружной поверхности, при этом ядро состоит из первой термопластичной композиции, а отверждаемая смола нанесена по крайней мере на часть наружной поверхности.
В третьем варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно вариантам 1 и 2, отличающееся тем, что волокно включает ядро, состоящее из первой термопластичной композиции, и оболочку, окружающую ядро и состоящую из отверждаемой смолы.
В четвертом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно варианту 1, отличающееся тем, что волокно состоит из ядра и оболочки, окружающей ядро, при этом ядро состоит из второй термопластичной композиции с точкой плавления не ниже 140°C, и в котором оболочка состоит из первой термопластичной композиции с температурой размягчения до 120°C, и отверждаемой смолы.
В пятом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно варианту 4, отличающееся тем, что вторая термопластичная композиция содержит по крайней мере одно из следующих соединений: сополимер этилен-винилового спирта, полиамид, полиоксиметилен, полипропилен, полиэфир, полиуретан, полисульфон, полиимид, полиэфирэфиркетона или поликарбонат.
В шестом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно любому из вариантов 3-5, отличающееся тем, что в состав волокна дополнительно входит отверждающий агент.
В седьмом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно любому предыдущему варианту, содержащее по крайней мере 30 вес.% термопластика от общей массы волокна.
В восьмом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно любому предыдущему варианту, отличающееся тем, что содержание отверждаемой смолы составляет от 20 до 60 вес.% от общей массы волокна.
В девятом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно любому предыдущему варианту, отличающееся тем, что общее содержание первой термопластичной композиции и от-верждаемой смолы совместно составляет по крайней мере 25% от общей массы волокна.
В десятой конструкции данное открытие обеспечивает волокно согласно любой предыдущей конструкции, в которой температура размягчения составляет не более 100°C.
В одиннадцатом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно любому предыдущему варианту, отличающееся тем, что первая термопластичная композиция содержит по крайней мере одно из следующих соединений: сополимер этилен-винилового спирта, по крайней мере, частично
нейтрализованный сополимер этилен-метакриловой кислоты или сополимер этилен-акриловой кислоты, полиуретан, полиоксиметилен, полипропилен, полиолефин, сополимер этилен-винилацетата, полиэфир, полиамид, феноксисоединение, винил или акриловый полимер.
В двенадцатом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно любому предыдущему варианту, отличающееся тем, что отверждаемая смола содержит по крайней мере одно из следующих соединений: эпоксидный полимер, фенольный полимер, акриловый полимер, изоцианат, фенок-сисоединение, винил, виниловый простой эфир или силан.
В тринадцатом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно двенадцатому варианту, отличающееся тем, что отверждаемая смола содержит твердую эпоксидную смолу.
В четырнадцатом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно любому предыдущему варианту, отличающееся тем, что первая термопластичная композиция содержит отвер-ждающий агент.
В пятнадцатом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно любому предыдущему варианту, отличающееся тем, что аспектное соотношение составляет по крайней мере 10:1.
В шестнадцатом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно любому предыдущему варианту, отличающееся тем, что температура размягчения первой термопластичной композиции находится в пределах 20°C от температуры начала отверждения отверждаемой смолы.
В семнадцатом варианте осуществления изобретения представлено волокно согласно любому предыдущему варианту, отличающееся тем, что волокно дополнительно содержит по крайней мере одно наносимое на поверхность ПАВ или полимерное диспергирующее вещество.
В восемнадцатом варианте осуществления изобретения представлена композиция, содержащая множество волокон, согласно любому из предыдущих вариантов осуществления изобретения.
В девятнадцатом варианте осуществления изобретения представлена композиция, включающая волокон, содержащая
термопластичные волокна, состоящие из первой термопластичной композиции с температурой размягчения до 120°C, отличающиеся тем, что каждое термопластичное волокно независимо имеет аспект-ное соотношение по крайней мере 2:1, и максимальный размер поперечного сечения до 60 мкм;
отверждаемые волокна, состоящие из отверждаемой смолы, отличающиеся тем, что каждое отвер-ждаемое волокно независимо имеет аспектное соотношение по крайней мере 2:1 и максимальный размер поперечного сечения до 60 мкм;
термопластичные волокна и отверждаемые волокна по отдельности образуют часть множества волокон.
В двадцатом варианте осуществления изобретения представлена композиция согласно варианту 19, отличающаяся тем, что температура размягчения первой термопластичной композиции находится в пределах 20°C от температуры начала отверждения отверждаемой смолы.
В двадцать первом варианте осуществления изобретения представлена композиция согласно о волокно согласно конструкции данное открытие обеспечивает соединение варианту 19 или 20, отличающаяся тем, что термопластичное волокно и каждое отверждаемое волокно имеют ядро и оболочку, окружающую ядро, при этом каждое ядро независимо состоит из второй термопластичной композиции с точкой плавления не ниже 140°C, и оболочка отверждаемого волокна состоит из отверждаемой смолы.
В двадцать втором варианте осуществления изобретения представлена композиция согласно любому из вариантов 19-21, отличающаяся тем, что каждое отверждаемое волокно содержит от 20 до 60 вес.% от общей массы соответствующего отверждаемого волокна.
В двадцать третьем варианте осуществления изобретения представлена композиция согласно любому из вариантов 19-22, отличающаяся тем, что первая термопластичная композиция включает отвер-ждающий агент.
В двадцать четвертом варианте осуществления изобретения представлена композиция согласно любому из вариантов 19 до 23, отличающаяся тем, что, по крайней мере, некоторые из волокон содержат по крайней мере одно наносимое на поверхность ПАВ или полимерное диспергирующее вещество.
В двадцать пятом варианте осуществления изобретения представлена композиция согласно любому из вариантов 18-24, отличающаяся тем, что при нагревании смеси, содержащей 5 вес.% множества волокон в деионизированной воде при 145°C в течение 4 ч в автоклаве, менее 50 об.% множества волокон, по крайней мере, растворяется или распадается, и менее 50 об.% первой термопластической композиции и отверждаемой смолы, по крайней мере, растворяется или распадается.
В двадцать шестом варианте осуществления изобретения представлена композиция согласно любому из вариантов 18-25, отличающаяся тем, что при нагревании смеси, содержащей 2 вес.% множества волокон в керосине при температуре 145°C в течение 24 ч в атмосфере азота, менее 50 об.% множества волокон, по крайней мере, растворяется или распадается, и менее 50 об.% первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы, по крайней мере, растворяется или распадается.
В двадцать седьмом варианте осуществления изобретения представлена композиция согласно любому из вариантов 18-26, дополнительно содержащая жидкость, в которой диспергировано множество волокон.
В двадцать восьмом варианте осуществления изобретения представлена композиция согласно варианту 27, отличающаяся тем, что дополнительно содержит диспергированные в жидкости проппанты.
В двадцать девятом варианте осуществления изобретения представлен способ обработки подземной формации, включающий
закачивание в ствол скважины, пересекающий подземную формацию, композиции согласно вариантам осуществления изобретения 27 или 28;
нагрев первой термопластичной композиции по крайней мере до одной температуры, превышающей температуру размягчения; и
по крайней мере, частичное отверждение отверждаемой смолы.
В тридцатом варианте осуществления изобретения представлен способ согласно варианту 20, дополнительно включающий формирование сетчатой структуры из множества волокон.
Преимущества и варианты осуществления данного изобретения далее проиллюстрированы примерами, данное изобретения не следует излишне ограничивать использованием лишь определенных материалов и количеств, указанных в этих примерах, а также другими условиями и подробностями. Все части и проценты отражают массовые части и проценты, если не указано другое.
Примеры
Испытание температуры размягчения.
Температура размягчения первых термопластичных композиций в примерах 1-3 была определена с использованием реометра с регулируемым напряжением (модель AR2000, производство ТА Instruments, Ньюкасл, Делавэр), в соответствии со следующей процедурой.
Материалы, обсуждаемые в примерах 1-3, были помещены между двумя 20-миллиметровыми параллельными пластинами реометра и сжаты до зазора в 2 мм, обеспечивающего полное покрытие пластин. Затем была применена синусоидальная частота в 1 Гц при 1%-ом напряжении в диапазоне температур 80-200°C. Сила сопротивления расплавленной смолы синусоидального напряжении была пропорциональна его модулю, который был зарегистрирован датчиком и отображен в графическом формате. С помощью программного обеспечения реометра модуль был математически разделен на две части: одна часть, которая находилась в фазе с приложенным напряжением (модуль упругости - поведение, характерное для поведения твердого вещества), и другая часть, которая находилась вне фазы приложенного напряжения (модуль вязкости - поведение, характерное для жидкости). Температура, при которой оба модуля были идентичны (температура перехода), была определена как точка размягчения, поскольку она представляет температуру, выше которой смола начинает вести себя преимущественно как жидкость.
Пример 1.
Термопластик (60 г), Evonik, Парсипанны, Нью Джерси, торговое название "DYNAPOL X 1158", 23 грамма эпоксидной смолы, Hexion Specialty Chemicals, Хьюстон, Техас, торговое название "EPON 828", 15 г эпоксидной смолы, Hexion Specialty Chemicals, торговое название "EPON 1004", и 2 г (r|5-циклопентадиенил)r|6-ксилена)Fe+•SbF6-" (3M Company, Мэйплвуд, Миннесота, однако более не имеющегося в наличии) смешали и подвергли экструзии с использованием двухшнекового экструдера при температуре в 120°C. Данная смесь была нанесена с помощью экструзии на полиэфирную пленку, очищенную от кремнийорганических соединений. Часть образца пленки была подвергнута ультрафиолетовому облучению на автоматической конвейерной системе Fusion UV Systems, Inc., Гайтерсбург, Мэриленд, оборудованной лампой Fusion UV Systems, торговое название "Н". Конвейер работал на скорости приблизительно 10 футов/мин. Другая часть образца воздействию не подвергалась. Лист пленки, подвергнутой воздействию, был помещен между параллельными пластинами реометра и изучен посредством испытания температуры размягчения, описанного выше. Минимальное наблюдавшееся значение модуля упругости составило примерно 95°C. Полагают, что при приближении к этой температуре начинается отверждение, которое приводит к увеличению модулей. Таким образом, температура перехода, а температура размягчения составила приблизительно 95°C.
Пример 2.
Двухкомпонентное волокно, состоящее из ядра и оболочки, с ядром из нейлона 6 (торговое название "ULTRAMID B27 В01", BASF North America, Флорхэм Парк, Нью Джерси) и оболочкой из иономера этилен-метакриловой кислоты (Е. I. duPont de Nemours & Company, Вилмингтон, Делавэр, торговое название "SURLYN 8660") было получено, как описано в примерах патента США № 4406850 (Хиллз) (включенного в данный документ в виде ссылки), за исключением следующих модификаций: (a) матрица была нагрета до температуры в 240°C; (b) экструзионная матрица имела шестнадцать отверстий, расположенных в два ряда по восемь отверстий в каждом, и расстояние между отверстиями составляло 12.7 мм (0.50 дюйма), с разбивкой по квадрату, и поперечная длина матрицы составляла 152.4 мм (6.0 дюймов); (c) диаметр отверстия составлял 1.02 мм (0.040 дюйма), а соотношение длины к диаметру составляло 4.0; (d) относительная скорость экструзии (грамм/отверстие/минута) составила для оболочки 0.24, а для ядра - 0.25; (e) волокна транспортировались вниз на расстояние 58 см к закалочной ванне, заполненной водой с температурой 25°C, где волокна погружались в воду по крайней мере на 0.3 с перед сушкой сжатым воздухом и наматыванием на ядро; (f) скорость вращения была отрегулирована с помо
щью тянущего валика до 250 м/мин.
Раствор, содержащий 24.58 г эпоксидной смолы, Hexion Specialty Chemicals, торговое название "EPI-REZ 3540", 10.24 г эпоксидной смолы Hexion Specialty Chemicals, торговое название "EPI-REZ 3510", 2.98 г отверждающего агента полиамина, Air Products and Chemicals, Аллентаун, Пенсильвания, торговое название "ANCAMINE 2441" и 37.21 грамма деионизированной воды смешивали и нанесли на волокно способом погружения и сушили в сушильной печи при температуре 60°C. Индивидуальные волокна выдерживали раздельно до тех пор, пока они не высохли. Затем волокна с покрытием были разрезаны на отрезки длиной 6-10 мм и испытаны. Массовое соотношение двухкомпонентного волокна и покрытия из эпоксидной смолы в данном волокне составило 51%:49%. Покрытие полностью окружало волокно и было однородным по толщине. Температура размягчения иономера этилен-метакриловой кислоты "SURLYN 8660", измеренная описанным выше способом определения температуры размягчения, посредством размещения приблизительно 1,5 г частиц смолы между параллельными пластинами реометра, составила 90°C.
Часть отрезанных волокон смешали с песком, Badger Mining Corp., Берлин, Висконсин, торговое название "Песок для гидравлического разрыва пласта BADGER FRAC", марки 20/40, при содержании песка 0.86 вес.%, в ячейке для определения выноса, как описано выше. Перед подачей потока воды набивку нагревали до 105°C в течение 4 ч. Набивка выдерживала скорость потока более 12 л/мин. Визуальная проверка набивки показала, что песок и волокна образовали сетчатую структуру.
Пример 3.
Двухкомпонентное волокно, состоящее из ядра и оболочки, с ядром, состоящим из смеси двух полипропиленов в соотношении 50/50 (Total, Джерсей Сити, Нью Джерси, торговые названия полипропиленов "TOTAL 3960" и "TOTAL 5571"). Оболочка была изготовлена из эпоксидной смолы Hexion Specialty Chemicals, торговое название "EPON 1004", термопластичного полиуретана Huntsman, Вудлэндс, Техас, торговое название "IROGRAN A80 Р4699", полиоксиметилена Ticona, Морристаун, Теннеси, торговое название "CELCON FG40U01" и полиолефина ExxonMobil Chemical, Хьюстон, Техас, торговое название "EXACT 8230" в соотношении 35/20/20/25 соответственно.
Волокно, состоящее из ядра и оболочки, было получено в соответствии с описанием в примере 1 патента США № 4406850 (Хиллз) (включенного в данный документ в виде ссылки), за исключением следующих модификаций: (a) матрица была нагрета до температуры в 175°C; (b) экструзионная матрица имела шестнадцать отверстий, расположенных в два ряда по восемь отверстий в ряду, и расстояние между отверстиями составляло 12.7 мм (0.50 дюйма) с разбивкой по квадрату, и поперечная длина матрицы составляла 152.4 мм (6.0 дюймов); (c) диаметр отверстия составлял 0.38 мм (0.015 дюйма), а соотношение длина/диаметр - 4,0; (d) относительная скорость экструзии (грамм/отверстие/минута) составила для оболочки 0.24 и для ядра 0.25; (e) волокна были закалены на воздухе и намотаны на ядро; (f) скорость вращения была отрегулирована с помощью тянущего валика до 200 м/мин. Диаметр полученного двух-компонентного волокна, состоящего из ядра и оболочки, составил 40 мкм. Измеренная температура размягчения смеси термопластиков в оболочке массой приблизительно 1.5 г составила 75°C.
Для специалистов в данной области техники должны быть очевидны предвидимые модификации и изменения данного изобретения, в пределах существа и объема настоящего изобретения. Данное изобретение не ограничивается вариантами осуществления, изложенными в данном изобретении в качестве иллюстрации.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Волокно, предназначенное для создания сети, формирующейся из склеенных между собой волокон, включающее первую термопластичную композицию и отверждаемую смолу, при этом смесь первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы составляет по меньшей мере часть волокна, при этом указанная смесь имеет температуру размягчения до 120°C, а также первая термопластичная композиция включает термопласт с функциональной группой, которая способствует гомополимеризации от-верждаемой смолы, где волокно имеет аспектное соотношение по меньшей мере 10:1 и волокно имеет максимальный поперечный размер до 60 мкм.
2. Волокно, предназначенное для создания сети, формирующейся из склеенных между собой волокон, включающее первую термопластичную композицию и отверждаемую смолу, при этом смесь первой термопластичной композиции и отверждаемой смолы составляет по меньшей мере часть волокна, при этом указанная смесь имеет температуру размягчения до 120°C, а также первая термопластичная композиция включает термопласт с функциональной группой, которая способствует гомополимеризации от-верждаемой смолы, при этом волокно имеет аспектное соотношение по меньшей мере 10:1 и поперечный размер до 60 мкм, при этом волокно состоит из сердцевины и оболочки, окружающей сердцевину, где сердцевина состоит из термопластичной композиции, имеющей точку плавления как минимум 140°C и где оболочка состоит из смеси отверждаемой смолы и первой термопластичной композиции и имеет температуру размягчения до 120°C.
3. Композиция, предназначенная для создания сети, формирующейся из склеенных между собой
волокон, включающая термопластичные волокна, состоящие из первой термопластичной композиции, имеющей температуру размягчения до 120°C, где каждое термопластичное волокно по отдельности имеет аспектное соотношение как минимум 10:1 и максимальный поперечный размер до 60 мкм; и отвер-ждаемые волокна, состоящие из отверждаемой смолы, где каждое из отверждаемых волокон по отдельности имеет аспектное соотношение как минимум 10:1 и максимальный поперечный размер до 60 мкм; и первая термопластичная композиция включает термопласт с функциональной группой, которая способствует гомополимеризации отверждаемой смолы.
4. Композиция, предназначенная для обработки подземных формаций, содержащая множество волокон по любому из пп.1-3 и жидкость, в которой диспергированы волокна.
5. Композиция по п.4, которая дополнительно содержит расклинивающие агенты, диспергированные в жидкости.
6. Способ обработки подземной формации, включающий
стадию нагнетания в ствол скважины, пересекающий подземную формацию, композиции по любому из пп.4 или 5;
нагрев первой термопластичной композиции, по крайней мере, до температуры, превышающей температуру размягчения; и
по крайней мере, частичное отверждение отверждаемой смолы.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
028321
- 1 -
(19)
028321
- 1 -
(19)
028321
- 1 -
(19)
028321
- 4 -
028321
- 16 -
|
