用于油气应用的高性能普通和高膨胀元件制造技术

本发明专利技术提供了一种井下密封装置、一种采用井下密封装置的井系统以及一种用于在井筒内进行密封的方法。在一个方面，所述井下密封装置包含：一个或多个井下密封特征；以及弹性体元件，所述弹性体元件包括硫代氨基甲酸酯/丙烯酸酯聚合物，所述弹性体元件联接到所述一个或多个井下密封特征。在至少一个方面，所述弹性体元件可操作以在井下应用中压靠在作为密封件的管状件上。封件的管状件上。封件的管状件上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于油气应用的高性能普通和高膨胀元件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]此申请要求于2021年1月20日提交的标题为“用于油气应用的高性能普通和高膨胀元件(HIGH PERFORMANCE REGULAR AND HIGH EXPANSION ELEMENTS FOR OIL AND GAS APPLICATIONS)”的美国申请序列号17/152,887的优先权，要求于2020年1月24日提交的标题为“用于油气应用的3D打印高性能普通和高膨胀元件(3D PRINTED HIGH PERFORMANCE REGULAR AND HIGH EXPANSION ELEMENTS FOR OIL AND GAS APPLICATIONS)”的美国申请序列号62/965,539的权益，所述两个美国申请与此申请共同转让并通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]在设计用于油气应用的高性能普通和高膨胀元件(例如，密封元件，如封隔器元件、塞子等)时存在重大挑战。此类元件设计通常很复杂，例如，涉及许多密封元件，例如包含在过油管桥塞中。简化设计的一种方式是构建单个元件(例如，具有控制其自身展开的内部特征)。然而，目前还没有用于井下密封应用的坚固的单个元件材料。可用的橡胶，像3D打印聚合物，通常是脆性的，具有低断裂韧性和低断裂伸长率。
附图说明
[0004]现在结合附图参考以下描述，在附图中：
[0005]图1和2是包含可以采用本文所公开的设备、系统和方法的示例性操作环境的井系统的透视图；
[0006]图3展示了根据本公开的原理为硫代氨基甲酸酯聚合物制备VAT树脂的示例方法的一个流程图；
[0007]图4展示了根据本公开的原理的三维立体光刻打印硫代氨基甲酸酯聚合物部件的示例方法的一个流程图；
[0008]图5展示了描绘具有根据本公开设计、制造和操作的弹性体元件的井下密封装置的横截面视图；
[0009]图6展示了描绘具有根据本公开设计、制造和操作的弹性体元件的替代性井下密封装置的横截面视图；
[0010]图7展示了描绘根据本公开的某些方面的定位于管状件内的处于未压缩状态的井下密封装置的横截面视图；
[0011]图8展示了描绘根据本公开的某些方面的图7的处于压缩状态(例如，设定状态)的井下密封装置的横截面视图；
[0012]图9展示了根据本公开的某些方面的处于膨胀状态的抗挤压装置的端视图；
[0013]图10展示了根据本公开的某些方面的图9的处于缩回状态的抗挤压装置的等距视图；
[0014]图11展示了根据本公开的某些方面的图9的处于膨胀状态的抗挤压装置的等距视
图；并且
[0015]图12展示了根据本公开的某些方面的描绘用于形成井下密封装置的过程的流程图。
具体实施方式
[0016]在随后的附图和描述中，在整个说明书和附图中，相似的部件通常分别用相同的附图标记进行标记。所绘制的附图不一定是，但可能是按比例的。为了清楚和简明起见，本公开的某些特征可能以按比例夸大或以略微示意性的形式示出，并且可能未示出某些元件的一些细节。
[0017]本公开可以以不同形式的实施例来实施。详细描述并在附图中示出了具体实施例，应当理解，本公开被认为是本公开的原理的范例，并且不旨在将本公开限制于本文所展示和描述的内容。应充分认识到，本文所讨论的实施例的不同教导可以被单独采用或以任何合适的组合采用以产生期望的结果。此外，本文中所叙述的本公开的原理和方面以及其具体实例的所有陈述旨在涵盖其等效物。另外，如本文所使用的，除非另有指明，否则术语“或”是指非排他性的“或”。
[0018]除非另有说明，否则术语“连接”、“接合”、“联接”、“附接”或描述元件之间相互作用的任何其它相似术语的使用并不意味着将相互作用限制为元件之间的直接相互作用并且还可以包含所描述的元件之间的间接相互作用。
[0019]除非另有说明，否则使用术语“向上”、“上部”、“朝上”、“井上”、“上游”或其它类似术语应被解释为通常朝向井的表面；同样地，术语“向下”、“下部”、“朝下”、“井下”或其它相似术语的使用应被解释为通常朝向井的底部、末端，而不管井筒朝向。上述术语中的任何一个或多个术语的使用不应被解释为表示沿着完全竖直或水平的轴的位置。除非另有说明，否则术语“地层”的使用应被解释为涵盖暴露的土地下面的区域和被如海洋或淡水等水域覆盖的土地下面的区域两者。
[0020]参考图1，描绘了包含可以采用本文所公开的设备、系统和方法的示例性操作环境的井系统100的透视图。例如，井系统100可以采用根据以下段落中所公开的任何实施例、方面、应用、变化、设计等设计、制造和/或操作的井下密封装置170。图1中所展示的井系统100包含在地层130中形成的井筒120的之上和周围延伸的维修钻塔110(例如，钻机、完井钻塔、修井钻塔或其它桅杆结构或其组合)。如本领域技术人员所理解的，井筒120可以是完全套管的、部分套管的或裸眼井筒。在图1所展示的实施例中，井筒120是部分套管的，并且因此包含套管区域140和裸眼区域145。如所描绘的，套管区域140可以采用由水泥160固持在适当位置的套管150。
[0021]根据至少一个实施例，图1中所展示的井系统100包含位于井筒120内的井下密封装置170。井下密封装置170可以通过传送工具190支撑，所述传送工具可以是线缆(wireline)、钢丝(slickline)、电缆、管状件(例如，钻柱、套管柱、完井管柱、连续油管等)或其它适合支撑井下密封装置170的结构。在一些方面，维修钻塔110可以包含具有钻台的井架，传送工具190通过所述钻台从维修钻塔110向下延伸到井筒120中。在海上情况下，在一些实施方案中，维修钻塔110可以通过向下延伸到海床的立管或支墩支撑。可替代地，维修钻塔110可以通过位于在水面以下有压载的船体或浮桥(或两者)上的柱支撑，这可以被
称为半潜式平台或钻塔。在海上位置，油管可以从维修钻塔延伸以排除海水并且含有钻井液回流。未示出的其它机械特征可以控制井筒120中的传送工具190的进入和退出。这些其它机械特征的实例包含联接到起重设备的绞车、包含绞盘设备的钢丝单元或线缆单元、另一维修运载工具或其它此类机构。井下密封装置170可以是桥塞、封隔器或可以用于井下的另一种类型的密封装置。此外，井下密封装置170可以位于井筒120的裸眼区域145中，或者可替代地作为两个井下工具之间的密封剂。
[0022]在至少一个实施例中，井下密封装置170可以包含弹性体元件172。在一个或多个实施例中，弹性体元件172包括硫代氨基甲酸酯/丙烯酸酯聚合物，所述弹性体元件可操作以在井筒120内例如压靠在密封件的管状件(例如，所示出实施例中的井筒套管150)上。如本文所使用的，术语硫代氨基甲酸酯/丙烯酸酯聚合物旨在涵盖硫代氨基甲酸酯聚合物、硫醇丙烯酸酯聚合物，并且硫代氨基甲酸酯聚合物和硫醇丙烯酸酯聚合物的共混组合。因此，在某些实施例中，弹性体元件1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种井下密封装置，其包括：一个或多个井下密封特征；以及弹性体元件，所述弹性体元件包括硫代氨基甲酸酯/丙烯酸酯聚合物，所述弹性体元件联接到所述一个或多个井下密封特征，所述弹性体元件能操作以在井下应用中压靠在管状件上。2.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述硫代氨基甲酸酯/丙烯酸酯聚合物是硫代氨基甲酸酯聚合物。3.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述硫代氨基甲酸酯/丙烯酸酯聚合物是硫醇丙烯酸酯聚合物。4.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述硫代氨基甲酸酯/丙烯酸酯聚合物是硫代氨基甲酸酯聚合物和硫醇丙烯酸酯聚合物的共混组合。5.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述弹性体元件能操作以在所述井下应用中压靠在所述管状件上，并且能操作以在至少80℃的温度下密封至少6,900kPa的压差。6.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述弹性体元件能操作以在所述井下应用中压靠在所述管状件上，并且能操作以在至少80℃的温度下密封至少20,700kPa的压差。7.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述弹性体元件能操作以在所述井下应用中压靠在所述管状件上，并且能操作以在低至
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65℃和高达270℃的温度下密封至少20,700kPa的压差。8.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述弹性体元件能操作以在所述井下应用中压靠在所述管状件上，并且能操作以在至少80℃的温度下密封至少27,575kPa的压差。9.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述弹性体元件能操作以在所述井下应用中压靠在所述管状件上，并且能操作以在低至
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65℃和高达270℃的温度下密封至少27,575kPa的压差。10.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述弹性体元件的断裂韧性为至少40MJ/m3，并且拉伸强度为至少25MPa。11.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述一个或多个井下密封特征是联接到所述弹性体元件的相对端的第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板被配置成相对于彼此移动以将所述弹性体元件轴向压缩成与所述管状件接合。12.根据权利要求11所述的井下密封装置，其中所述弹性体元件以及所述第一端板和所述第二端板定位于第一抗挤压装置与第二抗挤压装置之间，所述第一抗挤压装置和所述第二抗挤压装置被配置成在经受轴向压缩力时在直径上膨胀，使得所述弹性体元件无法轴向变形超过所述第一端板和所述第二端板。13.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述一个或多个金属密封特征是单个金属密封特征，所述单个金属密封特征具有位于其中的凹槽，并且进一步地其中所述弹性体元件是定位于所述凹槽内的O形环。14.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述弹性体元件是单个元件。15.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述弹性体元件是使用VAT树脂制造的3D打印元件，所述VAT树脂是使用包含以下的液体混合物形成的：第一类型的单体，所述第一类型的单体包含两个或更多个硫醇官能团；
第二类型的单体，所述第二类型的单体包含两个或更多个异氰酸酯官能团；光潜碱，其中所述光潜碱能在暴露于光时分解以形成pKa大于7的非亲核碱催化剂；阴离子逐步增长聚合反应抑制剂，所述抑制剂具有被配置成与所述非亲核碱形成酸碱对的酸性基团；以及光吸收剂，所述光吸收剂在所述液体混合物中的吸光度大于所述光潜碱在用于所述暴露的所述光的波长下的吸光度。16.根据权利要求1所述的井下密封装置，其中所述弹性体元件是使用VAT树脂制造的3D打印元件，所述VAT树脂是使用包含以下的液体混合物形成的：交联组分；至少一种单体和/或低聚物；以及链转移剂，所述链转移剂包括硫醇、仲醇和/或叔胺中的至少一种，其中所述树脂能够被配置成通过暴露于光而发生反应以形成固化的固体材料。17.一种井系统，其包括：井筒，所述井筒位于地层中；以及井下密封装置，所述井下密封装置定位于所述井筒内，所述井下密封装置包含：一个或多个井下密封特征；以及弹性体元件，所述弹性体元件包括硫代氨基甲酸酯/丙烯酸酯聚合物，所述弹性体元件联接到所述一个或多个井下密封特征，所述弹性体元件能操作以压靠在所述井筒中的表面上。18.根据权利要求17所述的井系统，其中所述弹性体元件能操作以在井下应用中压靠在管状件上，并且能操作以在至少80℃的温度下密封至少6,900kPa的压差。19.根据权利要求17所述的井系统，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：小光，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：