可膨胀金属密封元件以及使用所述可膨胀金属密封元件在井筒中形成密封的方法。一种示例性方法包括提供选自由O形圈、垫片或密封堆叠组成的组的可膨胀金属密封元件；其中所述可膨胀金属密封元件设置在井下工具中或其周围，所述井下工具设置在井筒中。所述方法还包括将所述可膨胀金属密封元件暴露于卤水并允许或致使允许所述可膨胀金属密封元件膨胀。
Expandable metal for non elastomer O-rings, seal stacks and gaskets
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于非弹性体O形圈、密封堆叠和垫片的可膨胀金属
本公开涉及将可膨胀金属用作非弹性体O形圈、密封堆叠和垫片，并且更具体地，涉及将可膨胀金属用作井下工具中的非弹性体O形圈、密封堆叠和垫片以用于在暴露于卤水之后形成密封。
技术介绍
除其他原因外，诸如O形圈、密封堆叠和垫片的密封元件可以用于在井下工具中和周围形成密封。这些密封元件可以限制密封界面处的流体和/或压力连通。在钻井、完井和生产的所有阶段，形成密封可以是井筒作业的重要部分。O形圈、密封堆叠和垫片是密封元件的类型。垫片通常是填充两个或更多个配合表面之间的空间的机械密封件。垫片可以由许多类型的材料制成，但是通常由在被压缩时允许变形的材料(例如弹性体)生产。O形圈是一种机械垫片，其形状为圆形并具有圆形横截面。通常，O形圈位于两个或更多个相邻部件之间的凹槽或切口中。当被压缩时，O形圈扩大到任何周围的空隙空间中，以在O形圈的界面处形成密封。密封叠堆是成形为与密封叠堆中的相邻密封元件一起配对的叠堆或密封元件。密封叠堆可以用于形成动态密封或用于实现使用单个密封元件不可能实现的密封布置。密封叠堆内的个别密封元件可以用于激励密封叠堆内的相邻密封元件。许多种密封元件包括弹性体材料以形成密封。弹性体材料(诸如橡胶)在高盐度和/或高温环境中可能降解。此外，弹性体密封元件可能会随着时间的流逝而失去弹性，从而导致故障或需要重复更换。用作密封元件的一些材料可能还需要精密加工，以确保优化密封元件的界面处的表面接触。因此，没有良好的表面光洁度(例如，具有切口、间隙等的粗糙或不规则表面)的材料可能无法被这些材料充分密封。如果密封元件例如由于高盐度和/或高温环境引起的降级而失效，则可能必须停止井筒作业，从而导致生产时间损失，并且需要额外的支出来减轻损坏并校正失效的密封元件。附图说明下文参考附图详细地描述了本公开的说明性示例，附图以引用的方式并入本文中并且在附图中：图1是根据本文中公开的示例的两个密封元件O形圈和挡圈的示例的等轴视图；图2是根据本文中公开的示例的多种垫片密封元件的等轴视图；图3是根据本文中公开的示例的设置在流入控制装置周围的垫片的横截面视图；图4是根据本文中公开的示例的设置在两个相邻的井下工具之间的间隙中的密封堆叠的等轴视图；图5示出了根据本文中公开的示例的包括密封堆叠并且设置在井下工具中的封闭机构的横截面视图；图6是根据本文中公开的示例的包括粘合剂的密封元件的一部分的横截面视图，所述粘合剂具有分散在其中的可膨胀金属；图7是示出根据本文中公开的示例的两个样品可膨胀金属棒和一根油管的俯视图的照片；图8是示出根据本文中公开的示例的插入到该根油管中的图7的样品可膨胀金属棒的侧视图，并且还示出样品可膨胀金属棒与该根油管之间的挤压间隙的照片；图9是示出根据本文中公开的示例的在将该根油管密封之后的图7和图8的膨胀的样品可膨胀金属棒的侧视图的照片；图10是绘制根据本文中公开的示例的实验的部分的压力与时间的图表，在该实验中图9的油管内的压力升高到足以将膨胀的金属棒从油管中逐出的压力；图11是示出根据本文中公开的示例的设置在塑料油管的部分内的几个样品金属棒在膨胀之前的等轴视图的照片；以及图12是示出根据本文中公开的示例的已膨胀到足以使图11的塑料油管的部分破裂的程度的膨胀的样品金属棒的等轴视图的照片。所示附图仅仅是示例性的，并且不旨在主张或暗示关于其中可以实施不同示例的环境、架构、设计或工艺的任何限制。具体实施方式本公开涉及将可膨胀金属用作非弹性体O形圈、密封堆叠和垫片，更具体地，涉及将可膨胀金属用作井下工具中的非弹性体O形圈、密封堆叠和垫片以用于在暴露于卤水之后形成密封。除非另外指示，否则在本说明书和相关联的权利要求书中所使用的表示成分的数量、性质(诸如分子量)、反应条件等的所有数字应当理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则以下说明书和所附权利要求书中所阐述的数值参数都是近似值，所述近似值可以根据本专利技术的示例要寻求获得的所需性质而变化。在最低限度上，且不试图将等同原则的应用限制于权利要求的范围，每个数字参数应至少根据所报道的有效位的数目并通过应用一般舍入方法来解释。应注意，当“约”在数字列表的开头时，“约”修饰数值列表中的每个数字。另外，在范围内的一些数值列表中，列出的一些下限可能大于列出的一些上限。本领域技术人员将认识到，所选择的子集将要求选择超过所选择的下限的上限。本文中描述的方法和系统的示例涉及包括可膨胀金属的非弹性体密封元件的使用。如本文中所使用的，“密封元件”是指O形圈、密封堆叠、垫片或它们的组合。可膨胀金属可能在卤水中膨胀，并在密封元件与相邻表面的界面处形成密封。“膨胀”、“膨胀的”或“可膨胀的”是指可膨胀金属的体积增大。有利地，非弹性体密封元件可以用于粗加工的表面、腐蚀的表面或3-D打印的零件上。另一个优点是可膨胀金属可以在高盐度和/或高温环境中膨胀，在所述环境中使用弹性体材料(诸如橡胶)可能表现较差。可膨胀金属包括多种金属和金属合金，并且可以通过形成金属氢氧化物而膨胀。可膨胀金属密封元件可以用作井下工具中的其他类型的密封元件(即，不可膨胀的金属密封元件、弹性体密封元件等)的替代物，或者用作井下工具中的其他类型的密封元件的备用物。可膨胀金属通过在卤水存在的情况下下进行金属水合反应以形成金属氢氧化物而膨胀。金属氢氧化物比碱金属反应物占据更多的空间。体积的这种扩大允许可膨胀金属在可膨胀金属与任何相邻表面的界面处形成密封。例如，一摩尔镁的摩尔质量为24g/mol并且密度为1.74g/cm3，这导致体积为13.8cm3/mol。氢氧化镁的摩尔质量为60g/mol并且密度为2.34g/cm3，这导致体积为25.6cm3/mol。25.6cm3/mol在体积上比13.8cm3/mol大85％。作为另一示例，一摩尔钙的摩尔质量为40g/mol并且密度为1.54g/cm3，这导致体积为26.0cm3/mol。氢氧化钙的摩尔质量为76g/mol并且密度为2.21g/cm3，这导致体积为34.4cm3/mol。34.4cm3/mol在体积上比26.0cm3/mol大32％。作为又一示例，一摩尔铝的摩尔质量为27g/mol并且密度为2.7g/cm3，这导致体积为10.0cm3/mol。氢氧化铝的摩尔质量为63g/mol并且密度为2.42g/cm3，这导致体积为26cm3/mol。26cm3/mol在体积上比10cm3/mol大160％。可膨胀金属包括可以进行水合反应以形成体积比碱金属或金属合金反应物更大的金属氢氧化物的任何金属或金属合金。用于可膨胀金属的合适金属的示例包括但不限于：镁、钙、铝、铁、镍、铜、铬、锡、锌、铅、铍、金、银、锂、钠、钾、铷、铯、锶、钡、镓、铟、铊、铋、钪、钛、钒、锰、钴、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、镨、镧、铪、钽、钨、铽、铼、锇、铱、铂、钕、钆、铒，或它们的任何组合。优本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在井筒中形成密封的方法，所述方法包括：/n提供选自由O形圈、垫片或密封堆叠组成的组的可膨胀金属密封元件；其中所述可膨胀金属密封元件设置在井下工具中或其周围，所述井下工具设置在所述井筒中；/n将所述可膨胀金属密封元件暴露于卤水；以及/n允许或致使允许所述可膨胀金属密封元件膨胀。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在井筒中形成密封的方法，所述方法包括：
提供选自由O形圈、垫片或密封堆叠组成的组的可膨胀金属密封元件；其中所述可膨胀金属密封元件设置在井下工具中或其周围，所述井下工具设置在所述井筒中；
将所述可膨胀金属密封元件暴露于卤水；以及
允许或致使允许所述可膨胀金属密封元件膨胀。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述可膨胀金属密封元件包括选自由镁、钙、铝和它们的任何组合组成的组的金属。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述可膨胀金属密封元件包括金属合金，所述金属合金包括选自由镁、钙、铝和它们的任何组合组成的组的金属。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述井下工具包括与所述可膨胀金属密封元件相邻的密封表面，并且其中所述密封表面在与所述可膨胀金属密封元件相邻的所述密封表面的区域处包括凹痕或凸起。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述井下工具包括与所述可膨胀金属密封元件相邻的密封表面，并且其中所述密封表面包括区段、嵌接接头、对接接头、拼接接头或它们的组合。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述井下工具包括与所述可膨胀金属密封元件相邻的密封表面，并且其中所述密封表面是通过增材制造来生产。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述可膨胀金属密封元件包括粘合剂。
8.其中所述可膨胀金属密封元件包括金属氧化物。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述井下工具设置在温度大于350℉的井筒区中。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述卤水包括大于10％的盐度。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述井下工具是流入...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·L·夫瑞普，斯蒂芬·M·格雷奇，Z·W·沃尔顿，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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