[发明专利]用于增加膨胀效率的体系

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年10月5日提交的美国申请13/646028的权益，其要求于2011年11月21日提交的美国申请13/300916的权益，其在此整体引入作为参考。

背景

井下环境的隔离取决于井下工具的布置，该井下工具有效地密封整个井孔或其部分，例如套管壁与生产管之间的环隙。例如，可膨胀填塞器特别有用，因为它们响应于一种或多种井下流体，自动膨胀以填充井孔的横截面积。因此，可膨胀填塞器可以置于与完全膨胀的可膨胀填塞器的横截面积相比内径更小的井孔位置。但是，某些井下条件例如在与可膨胀填塞器接触的含水井下流体中存在一价或多价阳离子(例如Ca²⁺、Zn²⁺等)倾向于降低膨胀量和填塞器膨胀的速率，并且还可以加速填塞器的降解。为了解决这些问题和连续地提高各种条件下的膨胀效率，产业总是需要新的和替代的膨胀体系。

概述

响应于流体流的可膨胀体系，包括包含可膨胀材料的制品，该可膨胀材料操作性地布置为当暴露于流体流时发生膨胀，该流体流其中含有离子；和过滤材料，该过滤材料与该可膨胀材料一起放置，并且操作性地布置为在暴露于该可膨胀材料之前从该流体流中除去该离子。

操作可膨胀体系的方法，其包括用过滤材料从流体流中过滤离子；和使可膨胀材料当暴露于该流体时响应于该流体流发生膨胀。

附图说明

以下说明书不应当认为是以任何方式进行限制的。参照附图，类似元件具有类似的编号：

图1是初始构造中可膨胀制品的截面图；

图2是膨胀的构造中图1的可膨胀制品的截面图；

图3是根据这里公开的一个实施方案的可膨胀体系，其中可膨胀制品与覆盖可膨胀核的壳中的过滤材料一起放置；和

图4是根据这里公开的另一实施方案的可膨胀体系，其中过滤材料与可膨胀制品分别放置。

详述

这里参照附图，通过示例而非限制的方式，对公开的装置和方法的一个或多个实施方案进行详细描述。

现在参照图1，描述了体系10，其包括管或管柱12，和位于其上的井下制品14例如填塞器或密封元件。井下制品14包括例如基础组合物和过滤器组件，以下更详细地讨论。基础组合物包含弹性体材料和/或吸收剂材料。由于通过吸收剂材料的流体吸收，例如吸收水、盐水、烃等，制品14扩大或膨胀至图2中所示的第二构造。各种吸收剂材料是本领域中已知的和使用的。例如，就水可膨胀的实施方案而言，可以使用任何所谓的超级吸收剂聚合物，或者由Nippon Shokubai Co.,Ltd.以名称CS-6S销售的那些。例如，包括弹性体材料以提供图2中所示的对井下结构16(例如地下地层18中的井孔)的密封。当然，结构16可以为位于井下和能够通过制品14接合的任何其他的管材、套管、衬里等。弹性体材料可以为任何可膨胀或不可膨胀材料。在一些实施方案中，弹性体材料是相对于一种或多种井下流体的吸收剂，所以也包括吸收剂材料。例如，以这种方式，制品14可以插入，具有初始径向压缩的构造，一旦位于井下即暴露于流体，并且膨胀以在管12和结构16之间接合。在一个实施方案中，通过制品14的膨胀使结构16隔离，从而一旦制品14膨胀，则基本上阻止流体(例如来自地层18)流经制品14。

井下流体典型地包含含水组分，其更确切地为含有各种离子的盐水，离子例如来自溶解的盐的金属阳离子。如上所述，一价和多价阳离子可以与吸收及材料相互作用，并且降低吸收剂材料膨胀的总速率和比率，由此阻止制品的密封效力。通常发现，多价离子例如Ca²⁺、Zn²⁺等与一价离子相比，对可膨胀材料，特别是水可膨胀制品的性能具有更深刻的影响，因此称通常更需要被除去。将理解的是，虽然对水可膨胀材料作为受到离子存在的不利影响的示例性实施方案进行讨论，但是其他材料也可以响应于不同流体发生膨胀，和/或受到阴离子的不利影响。例如，在一个实施方案中，可膨胀材料受到阴离子存在的不利影响(例如膨胀减小，使用期限缩短，膨胀速率减慢等)。出于这个原因，这里使用的术语“离子”将指的是任何对相应可膨胀材料的性能具有负面影响的阳离子或阴离子。