[发明专利]具有可调降解特性的纤维素酯材料

说明书

本申请提供了可用于各种井筒处理流体（如水力压裂流体）的可降解材料。特别地，该可降解材料可以由纤维素酯形成，所述纤维素酯当暴露于在井筒中通常存在的水性环境时能够以特定速率有效地降解。更特别地，该可降解材料可以是由本文中描述的纤维素酯形成的可降解纤维形式。

发明领域

本发明涉及在水性环境中可以显著降解的纤维素酯材料。更特别地，本发明涉及已经制造成在特定环境中以特定速率降解的纤维素酯材料。

背景技术

对于以一组特定的物理特性开始但后来降解为不干扰（以物理方式或化学方式）其周围环境的形式的材料存在许多应用。例如，可降解纤维已经在石油和天然气行业中用于各种仅在操作的作业过程中需要某些物理特性的井下工序。

钻井、固井和水力压裂操作均可受益于可降解材料的使用。在钻井和固井过程中，可降解材料可用于例如控制流体损失。在水力压裂过程中，可降解材料可用于例如辅助支撑剂的正确输送和放置。

可降解材料还可以用作暂时阻断或密封剂，其防止或大大减少向不期望区域中的流入。在油井增产操作期间，一个区域或阶段可以通过使用可溶解或可降解的球与另一区域或阶段分隔，所述球坐于堵头上，该堵头通常是钻透的，置于井筒（wellbore）中。在球及其在堵头上的球座之间形成的密封暂时阻止了穿过堵头的流动，迫使油井增产流体进入所需的区域或阶段。球坐于其上的球座或甚至堵头本身也可以由此类可降解材料制成。在初始油井增产或尤其是再增产的过程中，同样合意的是使用转向剂暂时阻止流入先前增产或压裂的区域。此类转向剂可以采取许多形式如尺寸、形状等等，并且它们与其它流体的应用可以被称为“段塞（pill）”。此类转向剂的一个关键属性在于它们在实现它们的暂时流动转向功能后降解或溶解。

过去，聚乳酸（PLA）纤维因它们的机械性质和因它们在实现所需功能后在地下环境中降解而用于油气操作。与许多其它可降解材料相比，PLA也容易获得，并且使用成本更有效。但是，聚乳酸具有大约120℃的温度上限，高于该温度，PLA纤维倾向于过快降解，由此使其在井下操作中使用时的有效性最小化。

因此，需要提供可以在已知纤维体系尚未被成功采用的温度下使用的可降解材料体系。

发明概述

本发明的一个或多个实施方案涉及包含至少部分由至少一种具有2.5或更低的总取代度的纤维素酯形成的可降解材料的组合物。该可降解材料表现出在去离子水中在130℃下在0.25天后不超过50%的重量损失百分比和在去离子水中在130℃下在7天后至少65%的重量损失百分比。此外，该纤维素酯具有10重量%或更少的降解促进剂含量。

本发明的一个或多个实施方案涉及水力压裂方法。该方法包括：（a）将包含载流体、支撑剂和可降解材料的浆料注入地下地层中的井筒中，其中该可降解材料包含纤维素酯；（b）加压浆料，由此在温度超过130℃的地下地层部分中形成裂缝；和（c）将支撑剂和可降解材料引入裂缝中。此外，该可降解材料具有10重量%或更少的降解促进剂含量，并且该纤维素酯包含乙酸纤维素、丙酸纤维素、丁酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸邻苯二甲酸纤维素或其组合。

本发明的一个或多个实施方案涉及生产可降解纤维的方法。通常，该方法包括：（a）在纺丝溶剂中溶解具有2.5或更低的总取代度的纤维素酯以形成纺丝原液（dope）；和（b）将该纺丝原液纺丝以形成可降解纤维，其中该可降解纤维表现出在去离子水中在130℃下在0.25天后不超过50%的重量损失百分比和在去离子水中在130℃下在7天后至少65%的重量损失百分比。

发明详述

本发明的某些实施方案提供了在热的、加压的和/或高离子强度环境（如例如在某些油气井中存在的环境）中以合意的速率降解的材料。该可降解材料可以以多种不同的形式使用，如例如纤维、薄膜、粒子或薄片。