[发明专利]地下使用的形状记忆材料封隔器

说明书

技术领域

本发明的领域是井下使用的隔离装置，更特别地是那些使用形状记忆聚合物的隔离装置，它们开始成形为设定尺寸，下放时重新配置为更小的尺寸，接着当在给定的温度和时间下接触到井下流体时恢复到制造时的形状。

背景技术

在封隔器中已经使用形状记忆材料来隔离井眼的部分，正如在USP7,743,825和7,735,567中阐述的。在这些专利中，由形状记忆聚合物（SMP）制成的封隔器被传送到地下位置，使用井内流体或加热器施加热输入，当热的施加使其变得更软时向封隔器元件施加辅助的压缩力。在达到设定位置的过程中继续施加外部压缩力并将热源移除。SMP然后在施加机械力的情况下冷却时刚度变得更大，封隔器处于备用状态。在那些参考文献中，在加热条件下从机械压缩中获得了密封力而不是材料的任何固有的形状记忆特征。然而，这些专利中描述的方法可能需要额外的加热源或者加热元件来将温度升高到高于材料的软化点或转变温度。因此，具有一种在井下条件下本身可以从一种形状改变到另一种形状以形成密封的材料是所需的。该材料可以以小的直径下放到井眼中，并且触发其膨胀到更大的直径以填充心轴与周围孔之间的空间。该材料应该优选地也是强度大的以保持用于密封的大载荷。

与本发明相关的技术包括US专利：6,976,537；6,907,937；6,907,936；6,854,522；6,446,717；5,803,172；4,475,847；4,415,269；4,191,254；4,137,970和3,782,458以及US专利申请：2006/0124304和2005/0205263以及PCT参考文献：WO05059304；WO05052316和WO03014517。

本发明利用了材料的形状记忆特征，即一开始使得该材料具有当封隔器布设在所需的地下位置上时所需的设定尺寸。因此，最终的设定尺寸是封隔器的最初生产尺寸。在布设之前，当利用布设在封隔器材料内部的心轴模型或实际心轴加热时，封隔器材料拉伸。以保持内部直径恒定的方式（因为心轴就位）使该材料拉伸，以在不失效的情况下尽可能多地减小外部尺寸。在保持拉伸力的同时将材料冷却从而形成下放形状。下放形状具有用于下放的低矮轮廓，当在井下加热时将恢复的形状是初始制造形状。重新获得初始形状使该元件与周围的井眼壁接触。通过这种接触实现的密封可以通过施加的机械力来增强。本领域技术人员将会从优选实施方式和附图的描述更好地意识到本发明的全部范围，同时认识到本发明的全部范围是由所附的权利要求确定的。

发明内容

最开始将形状记忆聚合物的尺寸制造成其外周尺寸将至少与布设该聚合物的井眼壁的尺寸一样大。在初始制造之后，将材料温度升高到高于玻璃态转变温度（glass transition temperature），并且将材料在心轴上拉伸，以在拉伸期间在将其外部尺寸减小到使密封下放到所需的地下位置而材料不失效的尺寸时保持其内部尺寸。使该材料冷却到低于玻璃态转变温度以保持该新的形状。该材料设计并制造成其玻璃态转变温度优选地接近井下温度。然后将心轴上的材料固定到管柱上并传送到所需位置，在该位置，所述材料接触处于井眼温度下的井眼流体，所述井眼温度通常高于地表温度。热的井眼流体使材料再次升高到高于材料的玻璃态转变温度，这使材料恢复到其初始制造形状。初始形状至少与井眼尺寸一样大或者大于井眼尺寸从而形成密封。可选地，当将材料加热到越过其转变温度时还可以施加外力，可以保持该力，以提供超出由材料恢复到初始制造形状而形成的密封。

附图说明

图1是在放置心轴上的制造好的元件的截面视图；

图2是示出了在心轴上添加可选的弹簧以及在高于元件的转变温度时被拉伸的元件的图1的视图，允许在下放到地下位置之前在心轴上冷却。

图3是当所述元件在地下位置上并且由于越过其转变温度而已经恢复到其图1的制造形状时的图2的视图，其中所述弹簧提供了额外的密封力；

图4是图1的替代性实施方式，其中原始的制造形状是圆柱形的；

图5示出了被加热到高于其转变温度、并在心轴上拉伸且在下放到地下位置之前允许其冷却的密封件；以及

图6是图5的视图，其中密封件处于所述地下位置处并且该密封已经越过其转变温度以在井眼中处于密封位置。

具体实施方式