聚芳醚砜油氣回收制品，制備方法以及使用方法
【專利說明】聚芳醚砜油氣回收制品，制備方法以及使用方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年7月22日提交的美國臨時申請?zhí)?1/857034以及2013年9 月19日提交的歐洲申請?zhí)?3185207. 1的優(yōu)先權(quán)，出于所有目的這些申請的全部內(nèi)容通過 引用結(jié)合在此。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種適合用于油/氣回收工業(yè)的制品，該制品包含聚亞芳基醚砜 (PAES)聚合物基材料，其中所述（PAES)聚合物包含衍生自4, 4" -聯(lián)三苯基-對-二醇的 結(jié)合的部分。所述（PAES)聚合物基材料的特征為具有改進的機械特性，特別是具有優(yōu)異的 剛度與延展性的平衡、良好的耐化學(xué)性、高耐熱性（例如，Tg>230°C)、長期熱穩(wěn)定性、有用 的最高Tm在360°C與420°C之間。
[0004] 發(fā)明背景
[0005] 油氣市場目前代表世界各地約三分之一的聚醚醚酮（PEEK)市場。聚醚醚酮 (PEEK)聚合物是因為包括主要對于其高溫和耐化學(xué)性的特性的組合而使用的半晶質(zhì)聚合 物。
[0006] 目前，容易到達的油田生產(chǎn)能力變得越來越??；因此開始從更難達到的油田進行 生產(chǎn)存在需求，這可能與最具有挑戰(zhàn)性的操作環(huán)境（如其中大量是在海洋深處并且在高壓 下）相關(guān)。
[0007] 對于油氣市場的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是適合用于油氣回收應(yīng)用中的制品，例如如值得注意地 在高壓和高溫[HP/HT，在下文中使用的]深海油氣回收應(yīng)用中使用的，抵抗這些極端條件： 以長時間的方式暴露于高壓例如高于30, OOOpsi的壓力、高溫例如最高達260°C至300°C的 溫度、以及刺激性化學(xué)品，這些刺激性化學(xué)品包括酸、堿、過熱水/蒸汽、以及當(dāng)然還有各種 各樣的脂肪族和芳香族有機物。例如，增強的油回收技術(shù)涉及將流體如顯著地是水、蒸汽、 硫化氫（H 2S)或超臨界二氧化碳（SCO2)注入到井中。具體而言，具有與正庚烷相似的溶劑 化效應(yīng)的SCO 2會導(dǎo)致材料在例如密封件中的膨脹，因此會影響它們的性能。
[0008] 因此，由半晶質(zhì)PEEK聚合物制成的油氣制品不再抵抗高達30, OOOpsi的壓力以及 高達300°C的溫度，并且所述制品具有不再能夠用于上述HP/HT油氣回收應(yīng)用中的缺點。
[0009] 如以上提及的，對于提供適合用于所述油氣回收應(yīng)用中的制品有用的聚合物材料 因此應(yīng)該具有以下特性：如在高壓和至少300°C的高溫下維持或改進的機械剛性和完整性 (例如，屈服/拉伸強度、硬度和沖擊韌性），良好的耐化學(xué)性，尤其是當(dāng)在所述高壓和高溫 下暴露于C0 2、H2S、胺以及其他化學(xué)品時，氣體和液體吸收導(dǎo)致的膨脹和收縮，高壓油/氣系 統(tǒng)中的抗減壓性，氣體和液體擴散以及長期熱穩(wěn)定性。
[0010] 因此，對于適合用于油氣回收應(yīng)用中的制品仍然存在持續(xù)的需要，這些制品包含 至少一種能夠克服以上提及的缺點的聚合物材料，并且其中所述聚合物材料的特征為優(yōu)異 的機械特性（并且特別是高剛度與延展性的良好的組合）、具有優(yōu)異的剛度與延展性的平 衡、良好的可加工性、高的耐化學(xué)性、高耐熱性（例如，Tg>260°C)以及長期熱穩(wěn)定性，并且 其中所述聚合物材料提供了具有所有如以上提及的這些改進特性的最終制品。
[0011] 發(fā)明概述
[0012] 本發(fā)明解決了以上詳述的需求并且涉及一種油氣回收制品、以及一種使用該油氣 回收制品用于油和/或氣回收的方法，該制品包含至少一種由聚（芳醚砜）聚合物材料 [(t-PAES)聚合物材料，在下文中]制成的零件，該聚（芳醚砜）聚合物材料包含至少一種 聚（芳醚砜）聚合物[(t-PAES)聚合物]，其中所述（t-PAES)聚合物包含多于50%摩爾的 具有式（S t)的重復(fù)單元（Rt):
[0013] -E-Ar1-SO2- [Ar2- (T-Ar3) n-S02] n-Ar4- (式 St)
[0014] 其中：
[0015] -η和m，彼此相同或不同，獨立地是零或1至5的整數(shù)，
[0016] -Ar^Ar2Jr3和Ar4中的每一個彼此相同或不同并且在每次出現(xiàn)時是芳香族部分，
[0017] -T是鍵或任選地包含一個或多于一個雜原子的二價基團；優(yōu)選地T選自由以下各 項組成的組：鍵、-CH 2-、-C(0)-、-C(CH3)2-、-C(CF3) 2-、-C( = CCl2)-、-C(CH3) (CH2CH2COOH)-、 以及具有下式的基團：
[0019] -E 具有式（Et):
[0021] 其中每個R'，彼此相同或不同，選自下組，該組由以下各項組成：鹵素、烷基、烯 基、炔基、芳基、醚、硫醚、羧酸、酯、酰胺、酰亞胺、堿金屬或堿土金屬磺酸鹽、烷基磺酸鹽、堿 金屬或堿土金屬膦酸鹽、烷基膦酸鹽、胺以及季銨；j'是零或是從1至4的整數(shù)。
[0022] 附圖簡要說明
[0023] 圖1示意性地描繪了鉆機設(shè)備。
[0024] 圖2是在快速氣體減壓試驗中快速獲得的壓力和溫度特征曲線。
[0025] 油氣回收制品
[0026] 為了本發(fā)明的目的，術(shù)語"油氣回收制品"旨在表示被設(shè)計為便利地用于油氣回收 應(yīng)用中，特別是在HP/ΗΤ條件下的任何制品。
[0027] 為清楚起見，術(shù)語"油氣回收制品的零件"旨在表示與其他零件結(jié)合以構(gòu)成整個油 氣回收制品的件或部分。因此油氣回收制品的外部涂層落在這個范圍之內(nèi)。因此，根據(jù)本 發(fā)明的油氣回收制品的至少一種零件可以是涂層。
[0028] 油氣回收應(yīng)用的代表性實例包括但不限于，⑴深的、較高溫度、較高壓力的油氣 井的鉆井完成，如值得注意地在美國專利號5, 662, 170中描述的，這些全部披露內(nèi)容通過 引用結(jié)合在此，（ii)油氣回收方法，如傳統(tǒng)上細分為三個階段，即主要的油回收階段、二次 或輔助的油回收以及三次或增強的油回收階段，（iii)氣和油采集處理應(yīng)用，（iv)將來自 所述深的、較高溫度、較高壓力的井的氣和油聯(lián)合運輸至精煉廠等。
[0029] 如在此以上提及的所有這些應(yīng)用對技術(shù)人員是非常熟悉的，并且應(yīng)當(dāng)以它們的常 用含義理解。
[0030] 作為在本發(fā)明中有用的油氣回收制品的非限制性實例是鉆探系統(tǒng)；如值得注意地 在美國專利號2001/0214920 Al中描述的，其全部披露內(nèi)容通過引用結(jié)合在此；鉆機；壓 縮機系統(tǒng)，如值得注意地在美國專利號2010/0239441 Al中描述的，其全部披露內(nèi)容通過 引用結(jié)合在此；栗送系統(tǒng)；發(fā)動機系統(tǒng)，傳感器如儲液式傳感器；控制系統(tǒng)，如溫度和/或 壓力；增產(chǎn)和流動控制系統(tǒng)；襯管懸掛器系統(tǒng)，如值得注意地在美國專利號6, 655, 456 Bl 中描述的，其全部披露內(nèi)容通過引用結(jié)合在此；封隔器系統(tǒng)，如值得注意地在美國專利號 7, 874, 356 B2中描述的，其全部披露內(nèi)容通過引用結(jié)合在此；管道系統(tǒng)、閥系統(tǒng)、管件系統(tǒng)、 套管系統(tǒng)、以及其他。
[0031] 如在此以上提及的所有這些系統(tǒng)對技術(shù)人員是非常熟悉的，并且應(yīng)當(dāng)以它們的常 用含義理解。
[0032] 通過術(shù)語"鉆機"是指用于鉆探油井、或天然氣開采井的結(jié)構(gòu)殼體設(shè)備，并且可以 包含單個物品或者包含兩個或更多個部件。所述鉆機的典型部件包括，但不限于，泥漿罐、 振動篩、泥漿栗、鉆探管、鉆頭、鉆探用繩、電纜托架。
[0033] 作為在本發(fā)明中有用的栗送系統(tǒng)的非限制性實例是噴射栗系統(tǒng)，潛油栗送系統(tǒng)， 特別是電動潛油栗，如值得注意地在美國專利號6, 863, 124 B2中描述的（其全部披露內(nèi)容 通過引用結(jié)合在此），以及搖臂栗。
[0034] 作為在本發(fā)明中有用的發(fā)動機系統(tǒng)的非限制性實例是泥漿發(fā)動機組件，如值得注 意地在美國專利號2012/0234603 Al中描述的，其全部披露內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。
[0035] 作為在本發(fā)明中有用的管道系統(tǒng)的非限制性實例，可以提及的是管道，包括剛性 管和柔性管、柔性立管、管中管、管內(nèi)襯、海底跨接管、短管、臍帶纜（umbilical)。
[0036] 典型的柔性管已經(jīng)通過舉例描述于WO 01/61232、美國專利號6, 123, 114和美國 專利號6, 085, 799中，這些的全部披露內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。此類柔性管可以值得注意 地用于運輸跨管道的長度存在非常高或非常不同的水壓的流體，并且例如可以采取柔性立 管的形式，這些柔性立管從海底一直延伸到在海洋表面處或附近的設(shè)備，并且它們通常還 可以用作用于在設(shè)備的不同物件之間運輸液體或氣體的管，或者作為鋪設(shè)在很深海底的 管，或者作為在接近于海洋表面的設(shè)備的物件之間的管，以及類似物。
[0037] 優(yōu)選的管道系統(tǒng)是管道、柔性立管和管內(nèi)襯。
[0038] 通過術(shù)語"閥"是指通過通道、管道、入口、出口、以及類似物用于停止或控制液體、 氣體、或任何其他材料的流動的任何裝置。作為在本發(fā)明中有用的閥系統(tǒng)的非限制性實例， 尤其可以提及節(jié)流閥、熱膨脹閥、止回閥、球閥、蝶形閥、隔膜閥、閘閥、球閥、刀閥、針閥、夾 管閥、活塞閥、旋塞閥、提升閥、滑閥、減壓閥、取樣閥、安全閥。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的油氣回收制品的至少一種零件可以選自以下物品的大清單：如配 件；如密封件，特別是密封圈，優(yōu)選支承密封圈，緊固件和類似物；卡扣式零件；相互可移動 的零件；功能元件、操作元件；追蹤元件；調(diào)節(jié)元件；載體元件；框架元件；薄膜；開關(guān)；連接 器；電線，電纜；軸承，殼體，壓縮機部件如壓縮機閥和壓縮機板，如在油氣回收制品中使用 的除了殼體之外的任何其他結(jié)構(gòu)件，例如像軸、殼、活塞。
[0040] 特別地，該（t-PAES)聚合物材料非常好地適合于生產(chǎn)油氣回收制品的密封件、緊 固件、電纜、電連接器、殼體零件。
[0041] 在一個優(yōu)選的實施例中，根據(jù)本發(fā)明的油氣回收制品的至少一種零件有利地是油 氣回收殼體、密封件、電連接器或電纜。
[0042] 電纜可以值得注意地是電連接油氣回收制品內(nèi)的不同零件的電線，例如將不同的 電連接器、連接工具連接至連接器、儀器或其他工具上，將儀器連接至連接器、其他儀器或 工具上，將電源連接至連接器、儀器或工具上。電纜有利地還可以用于將信號輸送至計算機 系統(tǒng)上。
[0043] 在這個優(yōu)選實施例的具體方面中，該電纜是涂覆的電線或電線涂層。
[0044] "油氣回收殼體"是指油氣回收制品的后蓋、前蓋、框架和/或骨架中一個或多個。 該殼體可以是單個物品或者包含兩個或更多個部件。"骨架"指的是結(jié)構(gòu)部件，其上安裝有 該油氣回收制品的其他部件。該骨架可以是從該油氣回收制品的外部不可見或者僅部分可 見的內(nèi)部部件。
[0045] 典型的緊固件已經(jīng)通過舉例描述于WO 2010/112435中，這全部披露內(nèi)容通過引 用結(jié)合在此，并且包括，但不限于，螺紋緊固件，如螺栓、螺母、螺釘、無頭定位螺釘、螺旋鉚 釘、螺栓以及螺紋襯套，以及無螺紋緊固件，如值得注意地銷、保持環(huán)、鉚釘、支架和緊固墊 圈以及類似物。
[0046] 油氣回收制品的部件的密封是重要的，并且可以說密封件用于所有類型的油氣回 收制品中，以及使用在那些該井的完成、測試和生產(chǎn)之后保留在該井中的油氣回收制品的 零件中。因此，這些密封件需要在基本上無限時間內(nèi)抵抗如以上提及的這些極端條件。值 得提及的是除了電子設(shè)備之外密封件可以被認為是油氣回收制品的最脆弱的零件。
[0047] 在本發(fā)明的一個實施例，該油氣回收制品的至少一種零件是密封件，其中所述密 封件選自由以下各項組成：金屬密封件、彈性體密封件、金屬-金屬密封件以及彈性體和金 屬-金屬密封件。
[0048] 密封件典型地用于鉆頭，發(fā)動機系統(tǒng)，特別