[发明专利]淀粉 - (甲基 )丙烯酸酯接枝共聚物、包含该共聚物的吸油膨胀材料和吸油吸水膨胀材料及由其制成的密封件与封隔器

说明书

技术领域

本发明涉及淀粉-(甲基)丙烯酸酯接枝共聚物、包含该淀粉-(甲基)丙烯酸酯接枝共聚物的吸油膨胀材料、吸油吸水膨胀材料以及由上述膨胀材料制成的密封件和封隔器。 

背景技术

目前采用的油井封堵技术专用工具封隔器有机械式、水力式、水力机械式、自封式等多种形式。例如，U.S.6073692公开的封隔器包括有一波纹状心轴，其利用水力或机械力引起截面形状改变而膨胀。U.S.4886117所公开的封隔器中，在内外弾性体层之间有复杂的多层予应力金属绳网，靠井内流体压力引起时膨胀。U.S.4753444所公开的封隔器的密封圈由聚芳基酮等组成，施纵向压力时，密封圈径向外扣而密封。U.S.4781249所公开的封隔器则是靠阀门装置实现渐进式膨胀。而CN2242332Y中所公开的封隔器由异径中心管和氟、铅密封环组成，靠油管柱上、下移动而实现密封。CN2617919Y靠滑动金属套使胶筒扩张。CN1236857A水基流体在导向器作用下活化胶筒而实现封堵。CN2386189Y由接头、衬套、胶筒等组成，进水后而封堵。上述封隔器的缺点是结构较复杂。 

为了简化井用封隔器的结构，近年来研究者们致力于研究新形式的井用封隔器，例如，CN1452686A(WO 02/20941A1)中公开了一种利用橡胶材料制成的可膨胀元件，以及包覆在该可膨胀元件外面的外部保护套和加固件等来进行密封的井用封隔器。然而，该专利申请并未对橡胶的组成和制造进行描述。众所周知，多数非极性橡胶对油类介质都具有亲合、吸收能力。同一橡胶，由于硫化组分不同、硫化工艺不同，浸在同一溶剂中，在同一时限内，有的会粘软，有的只膨胀，差别很大，仅知橡胶名称，无法重复再现。此外，该技术中由于采用了外部保护套和加固件等，因此结构也较为复杂。 

由此可见，利用膨胀橡胶制造井用封隔器的技术关键在于提高橡胶的吸油或吸油吸水的膨胀速度和膨胀倍率，以及满足井下苛刻工作环境的要求，这是现有技术所急待解决的问题。 

为了解决上述问题，技术措施之一是在橡胶中引入亲油基团，制备出超强吸油膨胀橡胶。在橡胶中增加亲油基团数量，可有两种办法，一是在橡胶分子上接枝吸油基团，该法工艺复杂，实施困难，尚未见报道。二是在橡胶硫化配方中，加入高吸油树脂，利用物理共混法与橡胶掺合，增强橡胶吸油膨胀功能。此法简单易行，但也存在一个缺点，即三维交联网状吸油树脂很难均匀分散到橡胶基材中。 

本申请的发明人为制备超强吸油膨胀材料，开拓出了一条新的技术方案：设计并合成出淀粉-(甲基)丙烯酸酯接枝共聚物，该聚合物具有亲油能力并能增加包括橡胶的各种吸油材料的膨胀速度和膨胀倍率，可作为吸油膨胀材料的有效增膨剂。在此基础上，本申请的发明人进一步提出了一种采用上述淀粉-(甲基)丙烯酸酯接枝共聚物作为 增膨剂的吸油膨胀材料，使现有材料如橡胶，吸油膨胀能力大大提高。并利用该吸油膨胀材料制成密封件，尤其是油井用封隔器，由于橡胶保持了一定的机械强度，因此可满足封堵芯轴与套管或井壁之间环形空间的需要。本发明人还设计并制出一种吸油吸水膨胀材料，以及由其制成的密封件，特别是油井用封隔器。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种淀粉-(甲基)丙烯酸酯接枝共聚物，该聚合物具有亲油能力，可增加吸油膨胀材料如吸油膨胀橡胶的吸油膨胀倍率和膨胀速度，因此可用作吸油膨胀材料如橡胶的增膨剂。在本发明中，“增膨剂”的定义为：可以有效增加高分子材料如橡胶在介质中的吸收膨胀速度和膨胀倍率的配合剂。 

进一步地，本发明的另一目的在于提供一种采用上述淀粉-(甲基)丙烯酸酯接枝共聚物作为增膨剂的吸油膨胀材料，该吸油膨胀材料遇油后能显著增快膨胀速度和提高膨胀倍率。 

在此基础上，本发明的又一目在于提供一种采用该吸油膨胀材料制造的密封件和井用封隔器。密封件或封隔器中的吸油膨胀材料遇油时被激活，自行发生高倍率快速膨胀。 

本发明的再一目的在于提供一种吸油吸水膨胀材料，该吸油吸水膨胀材料，既能吸水又能吸油，在油水混合物中有良好的膨胀性能。 

本发明的另一目的在于提供一种采用该吸油吸水膨材料制造的密封件和井用封隔器。密封件或封隔器中的膨胀材料遇油和/或水时被激活，自行发生高倍率快速膨胀。 

为实现上述目的，本发明提供一种新型的淀粉-(甲基)丙烯酸酯接枝共聚物，它是由(甲基)丙烯酸酯单体和淀粉按照(0.4～8)∶1的重量比共聚而得的接枝共聚物，该接枝共聚物以淀粉大分子为骨架，接枝上一种或多种(甲基)丙烯酸酯单体，接枝率≥70％，例如，接枝率为70～90％。