带有形状记忆材料的封隔器密封构件制造技术

本发明专利技术公开了一种使用由形状记忆聚合物（SMP）制成的密封构件的封隔器或桥塞。该封隔器构件在构件被压缩和保持的同时接收热量以使SMP变软。在如此保持的同时，除去热量以允许SMP变得较硬，使得其有效地密封环绕管。高膨胀率是可能的，因为在热输入的情况下材料的柔软性允许其从插入过程中的较小尺寸重新成形到环绕管，并且在纵向压缩的同时允许在其中心温度降低而变硬之后有效地保持密封构型。

【技术实现步骤摘要】
带有形状记忆材料的封隔器密封构件本申请是名称为“带有形状记忆材料的封隔器密封构件”、国际申请日为2007年4月13日、国际申请号为PCT/US2007/066628、国家申请号为200780020517.5的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及井下使用的封隔器和桥塞，更特别地涉及为了安放而需要高膨胀性的封隔器和桥塞。
技术介绍
封隔器和桥塞在井下用于将井的一部分与该井的另一部分隔离开。在一些应用中，比如在将封隔器或桥塞传送穿过管材以便安放在管材之下的套管中的应用中，封隔器或桥塞必须最初经过管材中的限制，所述管材的直径基本上小于将要安放封隔器或桥塞的套管的直径。已转让给Schlumberger的美国专利4,554,973是一种高膨胀桥塞的此类设计。作为一个实例，该设计的桥塞可经过2.25英寸的管材并且仍能被安放在内径为6.184英寸的套管中。密封构件通过自身皱缩而可变形。这种设计的缺点是安放它需要很大的作用力和长行程。另一种设计包括使用一种可膨胀件，所述可膨胀件以皱缩状态（collapsedstate）输送而在其适当定位之后膨胀。这种设计的缺点是该可膨胀件在插入过程中可能被损坏。在那种情况下，所述可膨胀件将不膨胀或突然膨胀。无论如何，都不能形成密封。另外，井下温度的变化可能影响膨胀的囊状物而使其内部压力升高的程度达到其将发生破裂的程度。另一方面，井流体温度的急剧下降可能导致内部密封压力减小到密封全部丧失的程度并且与井眼的内径分离。常规的不具有高膨胀性的封隔器使用套筒，所述套筒被纵向压缩以增加其直径直到形成密封。在大膨胀的情况下，需要大体积的固体（solid）套筒来密封心轴和环绕管之间的环形空间，所述心轴可以为1.75英寸，环绕管可以是6.184英寸。该方案通常使用相当长的套筒作为密封构件。具有大长径比（ratioofheighttodiameter）的套筒的纵向压缩的问题是这种压缩不必然产生直径增加方式的线性响应。套筒变弯曲或扭转，而且可能在其外表面上留下通道，即使套筒与环绕管接触，该外表面上的通道也可能成为泄漏通路。已经知道了形状记忆聚合物（SMP）的性质，即若其经受给定温度转变将会恢复其以前形状的性质。在高膨胀的应用中测试了这些材料，其中，它们的形状从最初形状被改变以减小它们的直径，构思是通过将它们暴露到井下温度而会使它们还原成其初始形状并且希望在较大环绕管中形成密封。结果证明，由于该材料太软因而在其改变形状之后不能获得所需的密封力，这些材料的记忆性质所产生的接触力太低而没有用。美国专利5,941,313说明了在覆盖物内使用可变形材料作为封隔器应用中的密封构件。本专利技术的优选实施例设法提出了一种使用SMP的高膨胀性封隔器或桥塞的应用，并且利用了它们的当SMP达到其想要还原成以前的形状的转变温度时的相对柔软性。利用当这种材料经受高于其转变温度的温度时的柔软性，本申请利用了该性质来在材料较软时压缩材料以减小安放所需的作用力。在温度变化的同时限制该SMP并且在保持其受限制的形状的同时变得较硬以使其有效地进行密封。所属领域的技术人员根据如下的对优选实施例的说明和附图将更好地理解本专利技术的各个方面，并且将认识到所附权利要求书所限定的本专利技术的全部范围。
技术实现思路
本专利技术提供了一种使用由形状记忆聚合物（SMP）制成的密封构件的封隔器或桥塞。该封隔器构件在构件被压缩和保持的同时接收热量以使SMP变软。在如此保持的同时，除去热量以允许SMP变得较硬，使得其有效地密封环绕管。高膨胀率是可能的，因为在热输入的情况下材料的柔软性允许其从插入过程中的较小尺寸重新成形到环绕管，并且在纵向压缩的同时允许在其中心温度降低而变硬之后有效地保持密封构型。附图说明图1是处于插入位置的剖视图；以及图2是处于安放位置的剖视图。具体实施方式封隔器或桥塞10具有心轴12和密封构件14，所述密封构件优选在心轴12上滑移。支挡装置16和18在构件14的每一侧上安装在心轴12上。支挡装置16和18中的一个或两个可以安装成沿着心轴12移动。它们可为圆锥形状或者比如美国专利4,554,973所示的花瓣形设计或者其他形状，以便用作构件14的保持器并且用作向构件14施加的压缩力的传递表面。可使得它们彼此更靠近以便通过各种技术将压缩负载施加在构件14上从而产生纵向作用力，所述各种技术包括液压力、下放重力、气体发生工具或者其他等效装置。优选地，构件14由SMP或其他根据其所暴露的温度可以变得较软和较硬的材料制成。如图1所示，可以设置外罩20以便封装该构件14。优选地，该罩足够薄且具有足够挠性以使对由支挡装置16和18的相对运动所形成的构件14的形状变化的阻力最小。优选地，该罩20是挠性的以便当构件14的形状在安放过程中发生变化时，在容纳构件14的同时随其一起运动。所述罩在插入过程中还为构件14提供保护。图1还一般性地显示了热源22，所述热源22可以影响构件14的温度。在如所示嵌入构件14中时，热源在其外表面上可以与罩20接触或者其一般性地可以代表从周围的井流体到达构件14的热源。源22可以是加热盘管、最初分离然后允许其在安放时混合以便产生热量的材料或者当需要使构件14变软以安放时产生热量的其他装置。在操作中，封隔器或塞位于井中。其可以穿过管材24被输送到较大管26中。从源22施加热量。当由优选的SMP材料制成时，构件响应热量输入并且在试图还原成其先前形状的同时变得较软。在施加热量使构件14变得较软的同时，支挡装置16和18相对于彼此运动以便将纵向压缩力施加在构件14上，由于应用了来自源22的热量，该构件14现在比插入时更容易重构。在向构件14施加压缩力的同时，关闭源22，允许构件14的SMP在仍经受压缩力的同时开始变得较硬。在构件14变得较硬期间，可以增加压缩力以便补偿构件14的任何热收缩。因为构件14变软，压缩该构件进入图2的密封位置的作用力显著减小。硬度在本应用中被视为构件在给定压缩程度下抵抗变形力（distortingforce）的能力。如果可以改变井工况以使构件14安放之后变硬，作为通过构件14内的热源添加热量的替代方案，使用来自井流体的热量来使构件14变软。例如，如果井中的流动状态开始将使井流体温度降低（如在注入井的情况下），在允许发生降低靠近构件14的流体温度以允许其在安放之后变得较硬的变化的井工况时，仅仅将封隔器10输送到井眼中就能使得用于安放的构件14变软。虽然SMP材料是优选的，但是其他可以在安放时变得较软然后在安放之后变得较硬的材料即使它们不是SMP也在本专利技术的范围内。经受能量输入（比如电能输入）而变得较软以便安放的材料或者初始时是软的而在安放之后利用这种能量输入变得较硬的材料都可用于构件14。可以在其安放之后例如由于引入另一种材料或催化剂而发生反应从而改变其状态的类似材料也在本专利技术的范围内。本专利技术考虑使用可以容易被压缩以便安放并且在安放期间或者之后开始或充分增加硬度以便更好地保持安放的构件。SMP代表本专利技术的一个优选实施例。可以考虑多组分材料，所述多组分材料总体具有一种在压缩期间或之后变成较大硬度的硬度。一个实例是两组分环氧树脂，其中组分由于膨胀而混合。本质上，密封组件在其被压缩期间或之后除了密度增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对从地面延伸的下套管井眼或裸眼井眼进行选择性地堵塞的设备，包括：心轴，该心轴具有外表面；可移动地安装在所述心轴的外表面上的施压构件，所述施压构件布置在一密封组件的相对两端，以在保持所述密封组件的同时对所述密封组件施加纵向压力而使所述密封组件与井眼密封接触；选择性地操作的热源，所述热源邻近所述密封组件布置；所述密封组件进一步包括由预定材料制成的安装在心轴上的整体式密封构件，所述密封构件具有一致的硬度，且在受到推压时能够从结构上对井眼进行密封，在所述密封构件受到推压时，所述热源被启动以暂时地降低所述密封构件的硬度，并减小由所述施压构件所施加的、使所述密封构件与井眼进行初步密封接触所需的作用力；在所述密封构件在井眼中处于密封位置中时，所述热源选择性地被去活化，以使得所述密封构件的硬度在该密封位置中增大，从而增强在井眼中的密封接触效果。

【技术特征摘要】
2006.04.13 US 11/404,1301.一种用于对从地面延伸的下套管井眼或裸眼井眼进行选择性地堵塞的设备，包括：心轴，该心轴具有外表面；可移动地安装在所述心轴的所述外表面上的施压构件，所述施压构件布置在一密封组件的相对两端，以在保持所述密封组件的同时对所述密封组件施加纵向压力而使所述密封组件与井眼密封接触；选择性地操作的热源，所述热源邻近所述密封组件布置；所述密封组件进一步包括由形状记忆聚合物或其他根据其所暴露的温度能够变得较软和较硬的材料制成的安装在所述心轴上的密封构件，所述密封构件在受到推压时能够从结构上对井眼进行密封，在所述密封构件受到推压时，所述热源被启动以暂时地降低所述密封构件的硬度，并减小由所述施压构件所施加的、使所述密封构件与井眼进行初步密封接触所需的作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·J·奥马利，B·M·理查德，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：