可通过用部署流体对挤压的或压缩的聚合物形状记忆材料进行处理降低其Tg和/或减少其刚性从而在给定的温度下软化所述聚合物形状记忆材料和在较低的温度下触发其膨胀或恢复，可实现激发和控制井下工具上的井眼装置上的聚合物形状记忆材料的部署。或者，通过流体环境屏蔽所述材料从而可预防或抑制挤压的或压缩的聚合物形状记忆材料的部署，所述流体基本上不降低其Tg，减少其刚性或二者同时，和然后使所述材料与部署流体接触。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于石油和天然气井眼的装置，所述装置采用在试运转(run-in)期间保持处于改变的几何状态的形状记忆材料；一旦所述装置处于井下的适当位置且在给定量的时间内暴露于给定的温度，该装置在改变之前试图回到它们的初始几何位置。更特别地，本专利技术涉及这样的装置，其中通过使用部署(employment)流体使Tg和/或其刚性降低。
技术介绍
在本领域已知过滤、井眼隔离、生产控制、井眼生命周期管理和井眼构建的不同方法。已经公开在这些应用中使用形状记忆材料用于石油和天然气开发。形状记忆材料是智能材料，其具有被外部刺激或触发(例如温度改变)而引起的从变形的或压缩的状态(临时状态)返回到它们的初始(持久)形状的能力。除了温度改变，这些材料的形状记忆效果也 可被电场或磁场、光、与特殊流体接触或PH改变而触发。形状记忆聚合物(SMP)涵盖很宽的性能范围，从稳定的到可生物降解的，从软的到硬的和从弹性的到刚性的，这取决于组成该SMP的结构单元。SMP包括热塑性和热固性(共价交联)聚合物材料。已知SMP能够在记忆中储存多种形状。动态力学分析(DMA)，也称为动态机械热分析(DMTA)或动态热机械分析，是用于研究和表征SMP材料的技木。观察这些聚合物的黏弹属性是最有用的。样本在负载下变形。从这点可确定样本刚度，和可计算样本模量。通过测量与作用力比较时位移中的时间滞后，有可能确定材料的阻尼性能。时间滞后称为相位滞后，其是某一角度。阻尼叫做正切Λ，因为其称为相位滞后的正切。黏弹材料例如形状记忆聚合物通常以两种明显的状态存在。它们呈现出玻璃(高模量)性能和橡胶(低模量)性能。在DMA实验期间通过扫描温度，可表征这种状态改变，即从玻璃态到橡胶态的转变。还应注意到，除了温度改变之外的外部刺激也可使形状记忆变化。在附图I中显示了聚合物的储能模量Ε’(弾性响应)和损耗模量Ε”(粘性响应)作为温度的函数。形状记忆聚合物的过渡态属性影响材料的形状恢复特性且可描述为聚合物的形状恢复。參考附图1，玻璃态描述储能模量的改变对温度改变的响应，这产生恒定斜率的线。随着温度増加，当储能模量的斜率发生改变时过渡态开始。这称为初始Tg，在附图I中其约为90°c。初始Tg也是其中形状恢复可开始的点。将附图I中描述的形状记忆聚合物的Tg定义为损耗模量的峰，在附图I中约为110°C。如果用未定义的斜率的垂直线表示储能模量的斜率改变，材料形状恢复将在特定的温度发生且立即由玻璃态到橡胶态转变。总体上，过渡态中储能模量的斜率改变越缓慢，同时呈现出玻璃态和橡胶态特征的温度范围越大。对于SMP材料的形状恢复特征来讲，过渡态是关注的区域。如果刺激温度与Tg初始温度较接近，则形状恢复将较慢发生，以及如果刺激温度接近或超过Tg，则形状恢复将较快发生，这也应该是显而易见的。利用形状记忆聚合物的独特性质的ー种方法是通过上述的温度响应。在附图2中可看到实例。形状记忆聚合物的成品模型制品100具有定义的Tg和初始Tg。可认为这是形状记忆材料的初始几何位置。然后将制品加热至接近该聚合物的Tg。向该成品制品施加力使制品再成形为不同构造或形状100’。可认为这是形状记忆材料的改变的几何位置。然后将再成形制品100’冷却至低于形状记忆聚合物的初始Tg和移去力。现在成品制品100’将维持新形状直到将制品的温度増加到初始Tg，在此点将开始形状恢复且该制品将试图返回到其初始形状100，或者，如果受限，制品将适应新的限制形状100”。可认为此形状100”是形状记忆材料的恢复的几何位置。受让给Baker Hughes公司的美国专利No. 7，318，481公开了自适应膨胀筛网，其包含热固性开孔形状记忆聚合物泡沫。配制泡沫材料组合物从而达到所需的过渡温度，所述过渡温度稍低于该部件待使用时所在深度的预期井下温度。这使得适应泡沫在所需深度发现的温度下膨胀。形状记忆聚合物泡沫基适应性砂筛、充填元件和其它井下工 具的完美的安装和部署是决定可膨胀工具操作整体成功的两个关键步骤。执行这些步骤可是有挑战性的。因此，在安装期间有效地预防部署，在适宜的时间完美地触发可膨胀元件的部署和可靠地控制部署的速度和程度对于可膨胀元件的成功执行是基本的，这也是所需的和重要的。发现在具体的井下位置用于精确安装和部署由形状记忆材料制造的元件以达到过滤、井眼隔离、生产控制、井眼生命周期管理和井眼构建所需的ー些功能的方法和装置是非常有用的。总体上，对于部署元件来讲，控制和多功能性越多越好，因为这给装置设计上较多的灵活性和提供给操作者在井眼装置的设计、放置和构造上较多的灵活性。
技术实现思路
在一种非限制形式中，本专利技术提供一种井眼装置，所述装置包括至少ー种具有最初玻璃化转变温度(Tg)和最初刚性的聚合物形状记忆材料。所述井眼装置还包括与聚合物形状记忆材料接触的部署流体，所述流体的量可有效地具有选自以下的效应降低Tg和/或减少刚性。在另ー非限制形式中，本专利技术还提供一种井眼装置，所述装置包括基材例如钢坯和基材上的至少ー种聚合物形状记忆材料。所述聚合物形状记忆材料具有最初玻璃化转变温度(Tg)和最初刚性。所述聚合物形状记忆材料可以是聚氨酯，由聚碳酸酯多元醇与多异氰酸酯反应制备的聚氨酷、聚酰胺、聚脲、聚こ烯醇、こ烯醇-こ烯酯共聚物、酚类(phenolic)聚合物、聚苯并咪唑、与N, N’ -亚甲基-ニ -丙烯酰胺交联的聚环氧こ烧/丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物、与こニ醇ニ甲基丙烯酸酯交联的聚环氧こ烷/甲基丙烯酸/N-乙烯基-2-吡咯烷酮共聚物、与こニ醇ニ甲基丙烯酸酯交联的聚环氧こ烷/聚(甲基丙烯酸甲酷)/N-こ烯基-2-吡咯烷酮共聚物和其组合。所述井眼装置还可包括与聚合物形状记忆材料接触的部署流体，所述流体的量可有效地具有使Tg降低至第二和较低的Tg和/或使最初刚性減少至第二、降低的刚性的效应。所述井眼装置具有如下特性当把基本上所有的部署流体从聚合物形状记忆材料移出时，得到的效应可包括使Tg恢复到最初Tg的至少90%以内和/或使刚性恢复到最初刚性的至少25%以内。在另ー非限制实施方案中，提供了一种在井眼中的井下工具上安装井眼装置的方法。所述方法包括将具有井眼装置的井下工具引入至井眼中。所述井眼装置也包括具有最初Tg和最初刚性的至少ー种聚合物形状记忆材料。所述聚合物形状记忆材料处于改变的几何位置且使该聚合物形状记忆材料与第一流体接触。基本上移去第一流体。所述方法还包括使聚合物形状记忆材料与部署流体接触，所述流体的量可有效地具有选自以下的效应降低Tg和/或减少刚性。对于井下试运转来讲，所述方法还包括使聚合物形状记忆材料从其改变的几何位置恢复到恢复的几何位置。附图说明附图I是用于形状记忆聚合物的储能模量E’ (弾性响应)(左边竖轴)和损耗模量E”(粘性响应)(右边竖轴)作为温度函数的图线，其描述了当将聚合物加热时从玻璃态经由过渡态至橡胶态每种模量的改变。附图2是在把成品形状记忆聚合物制品加热至接近聚合物的Tg之前和施加力以使其再成形为不同构造或形状以及然后将其冷却至低于聚合物的初始Tg，和最后当该制品加热至初始Tg (在此点恢复将开始)以及该制品返回到或接近于其初始形状的照片。 附图3是通过氢键耦合的聚氨酯链的示意图，其阐明了聚氨酯的晶体结构，其中限制了聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.20 US 12/763,3631.一种井眼装置，所述装置包括 具有初始玻璃化转变温度(Tg)和初始刚性的至少一种聚合物形状记忆材料；和 与聚合物形状记忆材料接触的部署流体，所述部署流体的量有效地对聚合物形状记忆材料具有选自以下的效应降低Tg、减少刚性和二者同时。2.权利要求I所述的井眼装置，其中井眼装置具有以下性能当把基本上所有的部署流体从聚合物形状记忆材料移去时，得到的效应可选自使Tg恢复到初始Tg的至少90%以内，使刚性恢复到初始刚性的至少25 %以内，和二者同时。3.权利要求I所述的井眼装置，其中所述聚合物形状记忆材料选自以下的组聚氨酯，由聚碳酸酯多元醇与多异氰酸酯反应制备的聚氨酯、聚酰胺、聚脲、聚乙烯醇、乙烯醇-乙烯酯共聚物、酚类聚合物、聚苯并咪唑、与N，N’ -亚甲基-二-丙烯酰胺交联的聚环氧乙烷/丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物、与乙二醇二甲基丙烯酸酯交联的聚环氧乙烷/甲基丙烯酸/N-乙烯基-2-吡咯烷酮共聚物、与乙二醇二甲基丙烯酸酯交联的聚环氧乙烷/聚(甲基丙烯酸甲酯)/N_乙烯基-2-吡咯烷酮共聚物和其组合。4.权利要求I或2所述的井眼装置，其中所述聚合物形状记忆材料是通过包括用异氰酸酯与聚碳酸酯多元醇反应的方法形成的聚氨酯。5.权利要求4所述的井眼装置，其中所述部署流体选自以下的组水、盐水、二甲亚砜、酮、醇、二醇、醚、烃以及它们的混合物。6.权利要求I或2所述的井眼装置，其中所述井眼装置选自以下的组膨胀工具、筛网、封隔器和隔离栓以及它们的组合。7.权利要求I或2所述的井眼装置，其中所述聚合物形状记忆材料处于与初始几何位置不同的改变的几何位置。8.一种在井眼中的井下工具上安装井眼装置的方法，所述方法包括 将具有井眼装置的井下工具引...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·约翰逊，O·A·马兹雅，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：
国别省市：
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