專利名稱：可溶脹的聚合物材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在油田應(yīng)用和環(huán)境中典型使用的聚合物材料，更具體而 言，涉及在井下環(huán)境中使用可溶脹的聚合物材料以最少密封井眼的一部分 的系統(tǒng)和技術(shù)。
背景技術(shù)：
Bosma等在國際申請出版物WO 2003/008756中公開了包括延伸到地 層中的井眼、延伸到井眼中的管狀元件的井眼系統(tǒng)。圓柱形壁環(huán)繞管狀元 件，使得在管狀元件和圓柱形壁之間形成環(huán)形空間。至少一個密封構(gòu)件在 環(huán)形空間中，并且可在使密封構(gòu)件具有第一體積的收縮模式和其中密封構(gòu) 件具有比第一體積大的第二體積的膨脹模式之間移動。在膨脹模式中，密 封構(gòu)件密封環(huán)形空間。密封構(gòu)件包含通過與選擇的流體接觸而溶脹的材 料。
Vercamer等在美國專利6,820,690中公開了一種用于在井眼環(huán)境中使 用各種完井元件(completion element)的技術(shù)。該技術(shù)涉及設(shè)置在井眼的裸 眼井段內(nèi)的插入導(dǎo)桿(insertion guide)。插入導(dǎo)桿可以在徑向上朝周圍地層
膨脹以消除多余的環(huán)形空間。
Richard等在美國專利6,848,505中公開了密封井眼中的套管或襯管的 方法。套管或襯管的立柱(Stands)承受結(jié)合到外表面上的夾套(jacket)。夾 套是結(jié)合到外壁上的橡膠化合物。橡膠制劑通過以預(yù)定的速率溶脹響應(yīng)井 產(chǎn)流體。在顯著的夾套溶脹出現(xiàn)之前，套管或襯管還可能與井下套管整形 器(swage)—起月彭脹。
Patd等在美國專利申請出版物2005/0199401中公開了一種用于密封 套管或裸(open)井眼的外表面的密封系統(tǒng)。該密封系統(tǒng)包含可溶脹材料， 所述可溶脹材料在該可溶脹材料與觸發(fā)流體接觸時，從未膨脹狀態(tài)向膨脹狀態(tài)溶脹，從而產(chǎn)生密封件。
Bosma等在國際申請出版物WO 2005/012686中公開了一種用于密封 在地層中形成的井眼中的空間的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含安置在井眼中的可溶脹 體，以通過可溶脹體的溶脹而密封空間?？扇苊涹w對流入井眼中的地層水 敏感?？扇苊涹w包含具有可溶于地層水中的化合物的基體材料?；w材料 充分防止或限制該化合物遷移到可溶脹體以外，并且允許地層水通過滲透 遷移到可溶脹體中。
Nguyen在美國專利6,935,432中公開了在地下井中使用可膨脹介質(zhì)組 件形成環(huán)形阻擋層(barrier)的設(shè)備和方法。該設(shè)備具有放置在井眼中的管道 組件，使得在管道組件的外表面和井眼之間形成環(huán)形空間。該設(shè)備具有可 膨脹介質(zhì)組件，所述可膨脹介質(zhì)組件具有可膨脹材料，所述可膨脹材料最 初在工具下入位置，并且能夠增加體積直至井眼中的坐封位置，從而形成 阻塞流體沿著環(huán)形空間流動的環(huán)形阻擋層?？膳蛎洸牧峡梢允桥菽⒛z 或合金。所述介質(zhì)可以通過擴大而變形，并且與井眼壁相配。該介質(zhì)可以 是固定到管狀組件上的套或在加壓筒中攜帶的介質(zhì)，以在選擇的井下位置 釋放。該介質(zhì)可以用熱的方法、以化學(xué)方法或其它的方法活化而膨脹，并 且可以與可在徑向上膨脹的屏蔽組件和管道組件一起使用。
Freyer在歐洲專利說明書EP 1 315 883中公開了一種用于密封井壁和 生產(chǎn)管道之間的環(huán)形空間的井封隔料，所述封隔填料包含主要由橡膠材料 組成的可膨脹成分(element)。該封隔器具有在暴露于烴中時適于溶脹的第 一彈性體以及在外部設(shè)置到第一彈性體上的第二彈性體。
上面列舉的參考文獻未能提供一種需要最低的激起而容易展開的密 封件，以實現(xiàn)井眼中的密封。而且，上面列舉的參考文獻未能解決通過使 用聚合物材料控制機械性能以及溶脹動力學(xué)。因此，本發(fā)明的一個目的是 通過在此敘述的聚合物密封件(seal)解決這些現(xiàn)有技術(shù)的局限性。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個或多個實施方案，本發(fā)明涉及一種包括聚合物材料的井眼密 封件(seal)，所述聚合物材料具有有第一溶脹特性的第一相以及有第二溶脹 特性的第二相。當該聚合物材料暴露于地層流體中時，第一溶脹特性大于第二溶脹特性。
根據(jù)一個或多個實施方案，本發(fā)明涉及一種井眼密封工具，所述井眼 密封工具包含可溶脹層、鄰近可溶脹層設(shè)置的支持組件和可膨脹囊狀物。 所述可溶脹層可以包含聚合物材料，所述聚合物材料具有有第一溶脹特性 的第一相以及有第二溶脹特性的第二相，使得在暴露于井眼中的地層流體 中時，第一溶脹特性大于第二溶脹特性。
根據(jù)一個或多個實施方案，本發(fā)明涉及一種從具有設(shè)置在其中的生產(chǎn)
管道組件的井眼的下部密封上部的方法。該方法可以包括靠著生產(chǎn)管道組
件的外表面和井眼壁設(shè)置可溶脹聚合物材料，所述可溶脹聚合物材料包含 具有第一溶脹特性的第一相和具有第二溶脹特性的第二相；以及促使所述
聚合物材料的總體積增加(bulk volumetric increase)以從下部密封上部。當 所述可溶脹材料暴露于地層流體中時，第一溶脹特性大于第二溶脹特性。 根據(jù)一個或多個實施方案，本發(fā)明涉及一種至少密封井眼的一部分的 方法。所述方法也可以包括靠著井眼壁的至少一部分設(shè)置可溶脹聚合物材 料；以及使用支持組件支持所述可溶脹聚合物材料靠著所述壁的所述部 分?？扇苊浘酆衔锊牧峡梢园哂械谝蝗苊浱匦缘牡谝幌嗪途哂械诙?脹特性的第二相，第一溶脹特性大于第二溶脹特性。
附圖不意在按比例繪制。在圖中，在各個圖中圖示的各個相同或幾乎 相同的部件由相同的標記表示。為清楚起見，并沒有在每個圖中標注每個 組件。
在圖中
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案的井眼密封系統(tǒng)的 示意性圖示；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案的聚合物材料的示意性表示
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案的聚合物的公式表示圖； 圖4是以圖解形式圖示根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案的材料的適 宜的動力學(xué)特性的圖表；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案的復(fù)合材料的示意性表示圖； 圖6是可以在本發(fā)明的一個或多個實施方案中使用的網(wǎng)狀或多孔性材
料的示意性表示圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案所示的密封組件的示意性圖
示，所述密封組件被設(shè)置在井眼中并且包含可溶脹材料、支持組件和囊
狀物；以及
圖8是顯示本發(fā)明的聚合物材料在溶脹之前和之后的應(yīng)力-應(yīng)變性能的 圖表。
具體實施例方式
本發(fā)明不將其應(yīng)用限于在下列描述中闡明或在附圖中圖示的組件的 構(gòu)造和配置的細節(jié)。本發(fā)明能夠具體化，并且在此示例性顯示的那些以外 以各種方式實踐或進行。
本發(fā)明的一些方面與油田系統(tǒng)有關(guān)，并且在一些情況下，與至少密封 在油田中的單元操作的子系統(tǒng)或組件的一部分有關(guān)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該 認識到本發(fā)明具有許多的非油田應(yīng)用。因此，盡管本發(fā)明的一些方面針對 密封井眼，但是本發(fā)明的各個組件和技術(shù)同樣不受限制，并且可以在其它 設(shè)施中實施。為清楚起見，本發(fā)明將被描述成能夠密封"井眼"。如在此所 用的，"井眼"應(yīng)當被定義為任何包含的流體或氣體通道，包括但不限于地 上和地下的流體通道。而且，術(shù)語"地層流體"和"溶脹流體"應(yīng)當包括在井 眼內(nèi)并且與本發(fā)明的可溶脹聚合物材料接觸的所有流體。
本發(fā)明的一個或多個方面與井下或井套管密封系統(tǒng)和技術(shù)有關(guān)。如在 圖1中的橫截面示意圖中示例性圖示的，本發(fā)明的密封系統(tǒng)可以提供被設(shè) 置在空間122中的至少一種密封件112，所述空間122典型地被限定在井 眼126的壁124和井下管道組件132之間。根據(jù)本發(fā)明，井下管道組件132 可以包括但不限于下套管井、生產(chǎn)管道裝置(production tubing setting)或 裸井。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當認識到許多其它的井下管道組件132可直接用 于本發(fā)明。密封件112典型地用來將井眼126的第一或上部分與第二或下 部分在流體上隔離，使得在井眼中的地層流體(沒有顯示)被導(dǎo)向管道組件 132中，而不是其外部。本發(fā)明的密封系統(tǒng)和技術(shù)可以使用響應(yīng)使用環(huán)境中的條件的一種或 多種材料。可以在使用中通過使用支持組件設(shè)置或放置的響應(yīng)材料，所述 支持組件可以用于展開所述的一種或多種響應(yīng)材料。本發(fā)明的密封系統(tǒng)的 另外的組件或子系統(tǒng)可以包含確保本發(fā)明的一個或多個密封系統(tǒng)的展開 和安置的激勵機構(gòu)和/或固定系統(tǒng)。
在一些情況下，所述聚合物材料可以具有至少一個在體積上變化的第 一組分以及至少一個第二組分，在將該復(fù)合聚合物材料設(shè)置在井眼環(huán)境中 或至少暴露于在井眼中典型存在的地層流體的至少一種組分中時，該第二 組分比第一組分在體積上是相對惰性或恒定的。例如，通過使用一種或多 種可溶脹的聚合物材料和一種或多種可膨脹的網(wǎng)狀連接的結(jié)構(gòu)體，可以有 利于本發(fā)明。如在圖2中示例性圖示的，所述聚合物材料的第一鏈段可以
包含一個或多個可溶脹鏈段232和234，并且鏈段可以包含一個或多個非
溶脹鏈段212。注意在將本發(fā)明實踐的過程中可以使用一個或多個第一
和第二鏈段。所述聚合物材料可以包含多個第一和第二鏈段的復(fù)合物或混
合物，并且如在圖3中圖示的，本發(fā)明的特別有利的實施方案包含含有共
聚物的聚合物材料，所述共聚物衍生自至少一種至少形成低溶脹相的一部 分的低溶脹性單體和至少一種至少形成高溶脹相的一部分的高溶脹性單 體，其中所述低溶脹性單體表現(xiàn)出相對于高溶脹單體低的溶脹特性。該混 合物可以是至少一個可溶脹鏈段和任選的不溶脹鏈段的共聚物的形式。該 混合物可以是共混料，所述的共混料包含機械混合的鏈段和通過例如共聚 或通過交聯(lián)而在化學(xué)上穩(wěn)定的多個鏈段。例如， 一個或多個可溶脹鏈段可
以通過具有側(cè)鏈(pendant)不飽和二烯鍵的化合物而與一個或多個任何非溶 脹鏈段和不同的可溶脹鏈段化學(xué)結(jié)合。
可以至少吸收地層流體的至少一種組分的一部分的任何材料可以包 含第一可溶脹組分。第二組分，即與第一可溶脹組分相比表現(xiàn)出沒有或者 表現(xiàn)出最低的溶脹的組分不限于在體積上惰性的材料，并且在本發(fā)明的一 些實施方案中，第二組分可以包含比第一高溶脹材料更低的溶脹材料。實 際上，在本發(fā)明的一些有利的實施方案中，復(fù)合聚合物材料包含第一高溶 脹相、第二中等溶脹相和第三低溶脹相?？梢栽诒景l(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)中實 現(xiàn)的另外的實施方案使用多個可溶脹相，所述多個可溶脹相的每一個優(yōu)先吸附地層流體的至少一種特定的組分。
本發(fā)明的可溶脹材料可以在體積上膨脹至相對于初始狀態(tài)大約ioo % 或甚至大約200%。然而，優(yōu)選地，該材料在一天之內(nèi)溶脹至少10%并且
更優(yōu)選至少約20°/。。
在本發(fā)明的一些實施方案中，包含至少一種不溶脹組分和至少一種可 溶脹組分的復(fù)合材料表現(xiàn)出提高的機械物理性能。
根據(jù)本發(fā)明的另外的實施方案中，所述聚合物材料具有取決于被吸收 的組分的多種復(fù)合的溶脹行為或特性。例如，本發(fā)明的聚合物材料可以具
有響應(yīng)于對地層流體的第一組分或第一組組分的暴露和/或作為對地層流 體的第一組分或第一組組分吸收的結(jié)果，在第一組暴露條件例如溫度下的
第一溶脹特性；以及響應(yīng)于對地層流體中的第二組分或第二或不同組的組
分中的暴露，在相同或不同組的暴露條件下的第二溶脹特性。例如，本發(fā) 明的聚合物材料可以包含在暴露于水和/或水溶液中時在體積上增加的第 一可溶脹相以及在暴露于烴液體中時在體積上增加的第二可溶脹相。還可 以使用一個或多個任選的相代替作為對響應(yīng)于對水性或非水性液體的暴 露而在體積上增加的第一和/或第二相，或者與所述的第一和/或第二相結(jié)合。
本發(fā)明的一些特別有利的實施方案包含多種復(fù)合聚合物材料，所述多 種復(fù)合聚合物材料的每一種具有至少一種溶脹特性。所述多種復(fù)合材料可
以以層狀結(jié)構(gòu)的形式具體化，所述層狀結(jié)構(gòu)具有具有第一溶脹特性的第 一聚合物層，具有第二溶脹特性的第二聚合物層以及任選的第三聚合物 層，該第三聚合物層具有第三溶脹特性或與第一和第二聚合物層中的任何 一個相同的溶脹特性。例如，當暴露于水性液體時，第一層可以具有第一 體積變化率，并且當暴露于水性液體時，第二層可以具有第二體積變化率。 在其中第一層的第一聚合物材料具有比第二層的第二聚合物材料更低的 體積增加率的實施方案中，于是該系統(tǒng)可以在井眼內(nèi)以受控的方式展開。
而且，本發(fā)明的另外的實施方案可以包括一次或多次觸發(fā)或激活的事 件。因此，在一些情況下，可以在預(yù)定的時間或者在至少一個引發(fā)條件下 可控地引發(fā)本發(fā)明的聚合物材料的溶脹現(xiàn)象，從而彈性地允許本發(fā)明的系 統(tǒng)的被控制的展開。這些特征促使將本發(fā)明的各個組件和子系統(tǒng)安置在需要的位置，而不是在任意或甚至不適宜的位置。因此，在一些情況下，聚
合物材料可以具有用作阻擋層并且防止或至少降低在下面的復(fù)合聚合物
材料暴露于地層流體中的程度的材料的第一暴露層。例如，阻擋層可以包 含在具有至少一種水性組分的流體中降解和/或溶解的水溶性材料。因此，
阻擋層可以包含任何水溶性材料，例如但不限于鹽、纖維素、碳水化合物 以及它們的混合物。然而，阻擋層可以包含不溶性材料。實際上，本發(fā)明 的一些實施方案可以使用包含相對于地層流體的其它組分選擇性地或優(yōu) 先允許地層流體的第一類型的組分的材料的阻擋層。例如，阻擋層可以包 含疏水性材料，所述疏水性材料提供在非水溶劑中相對于水性液體的更高 的擴散速率。備選地，阻擋層可以包含提供水性液體相對于非水性液體的 更高的擴散速率的材料。
可以至少包含可溶脹或高溶脹相的一部分的鏈段或組分的非限制性 實例包括聚異戊二烯、聚異丁烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚(苯乙烯-丁二 烯)、聚氯丁二烯、聚硅氧垸、聚(乙烯-丙烯)、氯磺化聚乙烯和/或它們的 前體、混合物或衍生物?？梢灾辽侔豢扇苊浕虻腿苊浵嗟囊徊糠值逆?段或組分的非限制性實例包括聚丙烯酸酯、聚氨酯和聚(丙烯腈-丁二烯)、 氫化聚(丙烯腈-丁二烯)、聚表氯醇、聚硫化物、氟化聚合物和/或它們的前 體、混合物或衍生物。然而，因為溶脹相是相對于非溶脹相，或者甚至相 對于具有表現(xiàn)出更低的溶脹動力學(xué)的相的另外的相而言的，所以具體公幵 的聚合物材料同樣不受限制。例如，因為在暴露于包含油的溶脹流體中時， 聚氨酯將典型地表現(xiàn)出相對于氟化聚合物更低的溶脹特性，所以本發(fā)明的 聚合物材料可以具有包含氟化聚合物的第一低溶脹相以及包含聚氨酯的 高溶脹相。
本發(fā)明的聚合物材料的選擇還可以涉及與其彈性行為有關(guān)的考慮。例 如，該聚合物材料可以是至少部分可交聯(lián)的。于是可以將該聚合物材料配 制成包含一種或多種交聯(lián)試劑或交聯(lián)劑，所述交聯(lián)試劑或交聯(lián)劑在不抑制 溶脹動力學(xué)的情況下影響材料的堆積特性。如在圖4中示例性圖示的，聚 合物材料的楊氏模量典型地隨著交聯(lián)而增加，但是隨著溶脹而降低。優(yōu)先 地，典型地在暴露或者使用條件下的交聯(lián)速率保持或者至少減少由溶脹現(xiàn)
象產(chǎn)生的松散材料(bulk material)模量的任何降低?？梢酝ㄟ^加入選擇的交聯(lián)劑和/或通過調(diào)節(jié)在聚合物基體中的交聯(lián)劑的濃度或量，實現(xiàn)對交聯(lián)動力 學(xué)的調(diào)整。交聯(lián)劑的非限制性實例包括硫、含硫化合物、有機過氧化物和 /或它們的混合物，以及可以釋放與聚合物鏈上的不飽和雙鍵反應(yīng)的自由基 物種的化合物。此外，還可以使用交聯(lián)促進劑和/或延遲劑。例如，可以使 用硬脂酸、氧化鋅和/或取代的苯并噻唑磺酰胺類作為促進劑和/或活化劑， 并且在使用硫作為主要的交聯(lián)劑的聚異戊二烯/聚(苯乙烯-丁二烯)基聚合 物共混料中，可以使用亞硝基二苯胺作為延遲劑。
還可以將本發(fā)明的復(fù)合聚合物材料配制成包含在處理、組合、展開和 /或使用過程中適宜地影響其堆積特性的任何材料。例如，聚合物化合物可 以包含至少一種賦予或提高其機械特性的增強劑。增強劑的非限制性實例
包括碳黑以及二氧化硅。本發(fā)明的聚合物材料的其它任選的配方(fommlaic) 組分可以包括軟化劑和/或加工助劑，它們提供有利的體積(bulk)流變性并 且在配制和組合過程中幫助加工所述的聚合物材料。例如，可以使用蠟幫 助混合、擠出和/或模塑操作，并且在一些情況下，以產(chǎn)生粘性并且進一步 促進組合。
本發(fā)明的聚合物材料的一些實施方案包含促進溶脹液體的傳輸?shù)囊?種或多種組分或相。如在圖5中示例性圖示的，復(fù)合聚合物材料可以具有 一條或多條通道511，所述通道511可以優(yōu)先穿過聚合物基體512的主體 傳輸溶脹流體，從而提供在復(fù)合聚合物材料的暴露于地層的表面之下傳輸 溶脹流體的導(dǎo)管。這些結(jié)構(gòu)可以有利地用于調(diào)整系統(tǒng)的溶脹特性。如在圖 5中圖示的，通道511隨機地分散在整個提供具有各向同性的特性的聚合 物材料的主體基體512或其至少一個層內(nèi)。然而，本發(fā)明的幾個實施方案 可以包含表現(xiàn)出各向異性趨向的復(fù)合聚合物結(jié)構(gòu)。例如，通道可以優(yōu)先或 主要取向以從暴露表面縱向延伸到基體的主體內(nèi)。在本發(fā)明的一些實施方 案中，聚合物材料可以包含第一聚合物層，具有相對于暴露表面處于基 本上平行的取向的第一密度的第一通道；以及第二聚合物層，具有取向為 基本上垂直第一通道的長軸的第二通道?？梢栽诒景l(fā)明的一個或多個實施 方案中使用這些取向的各種配置和組合。實際上，可以調(diào)整本發(fā)明的通道 的密度、尺寸和/或組成，以有利地提供適宜的溶脹特性。所述通道可以包 含傳輸或提供加速可以是水性或非水性液體的溶脹流體進入聚合物材料基體中的擴散速率的任何材料。例如，所述通道可以是傳輸水性液體的材 料，所述水性液體包括但不限于天然和合成纖維素-基物質(zhì)、碳水化合物、 織物或紡織品，或它們的共混料或組合。
本發(fā)明的另外的方面可以涉及包含至少一種部分多孔相的聚合物材 料。例如，本發(fā)明的聚合物材料可以使用如圖6顯示的副本中圖示的多孔 網(wǎng)絡(luò)?？梢允褂镁W(wǎng)狀多孔材料促進溶脹流體在溶脹的聚合物材料基體中的 傳輸?？梢栽诒景l(fā)明的各個實施方案中使用任何的孔尺寸和/或孔隙度。這 些多孔結(jié)構(gòu)體的非限制性實例包括陶瓷材料或金屬。而且，多孔相可以在 聚合物基體內(nèi)以任何形狀展開，并且可以是例如以如上所述的通道的形式 展開。
在本發(fā)明的另外的實施方案中，可以使用復(fù)合結(jié)構(gòu)體。復(fù)合聚合物材 料可以具有至少一層聚合物材料的泡沫層，所述泡沫層具有開放和/或閉合 的胞孔(cell)。泡沫聚合物層可以通過在其配制及制備過程中混合一種或多 種發(fā)泡劑制備。發(fā)泡劑通過活化釋放氣體。在其它的情況下，可以通過將 可溶體混合到基體中使結(jié)構(gòu)體為多孔性的。通過暴露在可以是水性或非水 性的溶劑中，可溶體消散，從而在基體中留下孔。可以相應(yīng)地使用的材料 的實例包括鹽和糖。
圖7示意性地圖示了本發(fā)明的另外的方面。如示例性圖示的，本發(fā)明
的系統(tǒng)和技術(shù)可以包括密封井眼的一部分并且防止或者至少部分抑制地
層流體流入井眼126中，所述的地層流體一般性地表示為參考標記712。 本發(fā)明的密封系統(tǒng)和技術(shù)可以包括使用至少一種聚合物密封劑112，所述 聚合物密封劑112包含至少一種可溶脹聚合物材料，所述可溶脹聚合物材 料典型地表現(xiàn)出如上所述對暴露在一種或多種溶脹流體中響應(yīng)的溶脹特 性。任選地，在將結(jié)合的組件靠著井眼126的壁124設(shè)置時，可以展開支 持架板結(jié)構(gòu)體722，以對聚合物密封劑至少部分地賦予剛性。
支持架板722可以包含靠著聚合物密封劑112可變形地膨脹，從而將 密封劑靠著壁124固定的結(jié)構(gòu)體。架板結(jié)構(gòu)體722的非限制性實例包括金 屬絲網(wǎng)組件。優(yōu)選地，可以以例如重疊或同心方式使用多層金屬絲網(wǎng)組件 以容納密封劑。
支持體722可以通過使其材料塑性變形的任何技術(shù)展開。例如，支持體722可以包含多個環(huán)狀金屬絲網(wǎng)層，在同心設(shè)置的囊狀物724膨脹，從 而使支持體722的多個金屬絲網(wǎng)層膨脹時，所述多個環(huán)狀金屬絲網(wǎng)層同心 定向膨脹?？梢酝ㄟ^將增壓流體、氣體或液體引入通道(port)726中實現(xiàn)囊 狀物724的膨脹或激活。由于囊狀物724隨同支持體722 —起體積膨脹， 于是將密封劑112靠著壁124設(shè)置并且靠著壁124壓縮。然后可以通過釋 放施加的壓力將囊狀物724去激勵。囊狀物的激勵和去激勵可以進行幾次。 然后可以取出去激勵的囊狀物724，從而留下還通過支持體722固定的靠 著壁124的密封劑。從而，密封劑和支持組件防止或者至少抑制不需要的 地層流體進入井眼中。
密封劑/支持組件的展開和定位不限于使用可膨脹囊狀物，并且可以通 過可膨脹的插塞或芯棒實現(xiàn)。這些組件可以使用可以氣動地、液壓地或通 過機電組件激起的凸輪或類似的不對稱組件?？梢栽诘厮矫婊虻叵略O(shè)施 觸發(fā)和/或?qū)崿F(xiàn)囊狀物或芯棒的激勵。例如，可以從設(shè)置在表面的壓縮空氣 站或設(shè)置在地下的泵傳遞壓縮。
在一些情況下，可以使用本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)至少鞏固或加強地下結(jié) 構(gòu)體或地層的一部分。例如，可以靠著規(guī)則或可膨脹的套管結(jié)構(gòu)體或組件 設(shè)置可溶脹聚合物材料，以關(guān)閉在井眼的產(chǎn)水區(qū)中的任何不適宜的穿孔。
另外的方面可以包括使用本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)，以至少部分阻止不需 要的組分，并且促進需要的組分的傳輸。因此，在一些情況下，本發(fā)明的 聚合物材料在靠著結(jié)構(gòu)體的生產(chǎn)區(qū)設(shè)置時，可以被包含且構(gòu)建成抑制水性 組分的流動并且優(yōu)先允許有機或非水性組分流過。例如，所述聚合物材料 可以包含至少一種可溶脹組分和至少一種不溶脹組分。通過例如在第一區(qū) 域吸收非水性組分并且允許通過那里滲透到另一個區(qū)域，同時抑制水性組 分，可以激活溶脹組分。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)可以抑制一種或多種 不需要的組分的傳輸，同時優(yōu)先允許其它組分的傳輸。在一些情況下，可 以通過多條通道或?qū)Ч軐崿F(xiàn)聚合物材料的優(yōu)先傳輸特性。
本發(fā)明的另外的方面與臨時密封或抑制流體流動的系統(tǒng)和技術(shù)有關(guān)。 例如，本發(fā)明的材料可以包含迅速溶脹，例如在30分鐘或更短的時間內(nèi) 體積增加至少約25 %的聚合物組分，然后分解成不再密封或抑制流體流動 的狀態(tài)。例如，本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)可以包括或使用包含至少一種相的聚合物材料，所述至少一種相對于水性和非水性流體中的至少一種具有親和 力。該聚合物材料通過暴露在吸收的流體中溶脹，并且將其機械性能的至 少一部分保持需要的時間。例如，可以通過具有包含聚異戊二烯的可溶脹 相的聚合物材料吸收有機基流體。在吸收油之后，可溶脹相喪失了拉伸強 度并且有效地溶解在有機流體中。因此，該聚合物材料可以用來臨時密封 滲透有機流體的地層的一部分。
如圖8中所圖示的，圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的聚合物材 料的機械性能?？梢越Y(jié)合在此列舉的可溶脹聚合物的應(yīng)用的任何一個使用 在圖8中圖示的聚合物材料。在本實施方案中，聚合物材料包含可溶脹相 和非溶脹相。如在圖8中證實，在聚合物材料暴露于溶脹流體中時，與不 溶脹的聚合物材料相比，拉伸強度和應(yīng)變能力增加。在將本發(fā)明實踐時， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以利用這些拉伸強度和應(yīng)變能力的增加。
如在此所用的，術(shù)語"多個"指兩個或更多項或組分。
無論是在撰寫的說明書還是在權(quán)利要求等中，術(shù)語"包含"、"包括"、"攜 帶"、"具有"、"含有"以及"涉及"是開放式術(shù)語，表示"包括但不限于"。因 此，這些術(shù)語的使用意指包括此后列舉的項及其等價物以及附加項。對于 權(quán)利要求，只有過渡性短語"由….組成"和"主要由….組成"分別是封閉式或 半封閉式過渡性短語。
現(xiàn)在已經(jīng)描述了本發(fā)明的一些說明性實施方案，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當顯而易見的是上述只是說明性的，而不是限制性的，只是通過舉例的 方式描述的。許多修改和其它實施方案在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的范圍內(nèi)， 并且被預(yù)期落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。特別是，盡管在此描述的多個實例涉及 方法行為或系統(tǒng)元件的具體組合，但是應(yīng)當理解這些行為和這些元件可以 以其它方式組合以實現(xiàn)相同目的。
此外，只與一個實施方案有關(guān)論述的行為、元件和特征不意在排除在
其它實施方案中的類似作用。
應(yīng)當理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地想到各種變更、修改和改進，并
且這些變更、修改和改進意在為本公開的一部分，并且在本發(fā)明的精神和 范圍內(nèi)。而且，本發(fā)明考慮了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的修改以改進一個或多個系統(tǒng)、子 系統(tǒng)或組分，并且實現(xiàn)了本發(fā)明的技術(shù)。還應(yīng)當理解本發(fā)明涉及在此描述的每一個特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)或技術(shù)和在此描述的兩個或更多個特征、系 統(tǒng)、子系統(tǒng)或技術(shù)的任何組合，并且如果這些特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和技術(shù) 不是相互不一致，則兩個或更多個特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和/或方法的任何組 合被認為在權(quán)利要求中具體化的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在權(quán)利要求中用于修飾的權(quán)利要求要素的順序術(shù)語如"第一"、"第二"、 "第三"等的使用本身不意味著任何優(yōu)先、領(lǐng)先或一個權(quán)利要求要素相對于 另一個的順序或其中進行方法行為的時間順序，而只是用來以將一個具有 某名稱的權(quán)利要求要素與另一個具有相同名稱的要素區(qū)別的標記(只對于 順序術(shù)語的使用)的形式使用以區(qū)別權(quán)利要求元件。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解在此描述的參數(shù)和構(gòu)造是示例性的，并且實 際的參數(shù)和/或構(gòu)造將取決于其中使用本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)的具體應(yīng)用。僅 僅使用常規(guī)實驗，本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當認識或能夠確定本發(fā)明的具體實 施方案的等價物。因此，應(yīng)當理解在此描述的實施方案只是通過舉例描述 的，并且在后附權(quán)利要求及其等價物的范圍內(nèi)；可以將本發(fā)明與具體描述 不同地實踐。
權(quán)利要求
1. 一種密封件，所述密封件包含聚合物材料，所述聚合物材料具有有第一溶脹特性的第一相和有第二溶脹特性的第二相，其中當所述聚合物材料暴露于溶脹流體中時，第一溶脹特性大于第二溶脹特性。
2. 權(quán)利要求1所述的密封件，其中所述密封件是井眼密封件，并且所 述溶脹流體是地層流體。
3. 權(quán)利要求1所述的密封件，其中所述聚合物材料是包含第一相和第 二相的共聚物。
4. 權(quán)利要求1所述的密封件，其中第一相包含聚異戊二烯并且第二相 包含聚(苯乙烯-丁二烯)。
5. 權(quán)利要求1所述的密封件，其中第二相包含聚氨酯。
6. 權(quán)利要求3所述的密封件，其中所述聚合物材料抑制不需要的組分 流動穿過所述密封件，并且促進需要的組分傳輸穿過所述聚合物材料。
7. 權(quán)利要求3所述的密封件，其中選擇所述聚合物材料，以在最初的 時間內(nèi)提供體積增大直至第一狀態(tài)，然后分解直至不再密封或者抑制流體 流的第二狀態(tài)。
8. —種密封工具，所述密封工具包含可溶脹層、鄰近所述可溶脹層設(shè) 置的支持組件和可膨脹囊狀物，其中所述可溶脹層包含聚合物材料，所述 聚合物材料具有有第一溶脹特性的第一相以及有第二溶脹特性的第二相， 在暴露于溶脹流體中時，第一溶脹特性大于第二溶脹特性。
9. 權(quán)利要求8所述的密封工具，其中所述支持組件包含可膨脹結(jié)構(gòu) 體，所述可膨脹結(jié)構(gòu)體被構(gòu)建成與所述囊狀物的被激起的幾何形狀一致。
10. 權(quán)利要求8所述的密封工具，其中所述支持組件包含多個覆蓋的 金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)體。
11. 權(quán)利要求8所述的密封工具，其中所述聚合物材料抑制不需要的 組分，并且促進需要的組分傳輸穿過所述聚合物材料。
12. 權(quán)利要求8所述的密封工具，其中所述聚合物材料包含聚合物組2分，選擇所述聚合物組分，以在最初的時間內(nèi)提供體積增大直至第一狀態(tài)， 然后分解直至不再密封或者抑制流體流的第二狀態(tài)。
13. 權(quán)利要求8所述的密封工具，其中所述密封工具是井眼密封工具， 并且所述溶脹流體是地層流體。
14. 一種從具有設(shè)置在其中的生產(chǎn)管道組件的井眼的下部密封上部的方法，所述方法包括靠著所述生產(chǎn)管道組件的外表面和所述井眼的壁設(shè)置可溶脹聚合物 材料，所述可溶脹聚合物材料包含具有第一溶脹特性的第一相和具有第二 溶脹特性的第二相，在所述可溶脹聚合物材料暴露于所述井眼內(nèi)的地層流體中時，第一溶脹特性大于第二溶脹特性；和促使所述聚合物材料的總體積增加以從所述下部密封所述上部。
15. 權(quán)利要求14所述的方法，其中設(shè)置所述可溶脹聚合物材料的行為 包括以包含第一相和第二相的共聚物的形式提供所述聚合物材料。
16. 權(quán)利要求15所述的方法，其中促使總體積變化的行為包括使所述 聚合物材料暴露于所述地層流體中。
17. —種至少密封井眼壁的一部分的方法，所述方法包括 靠著所述壁的至少一部分設(shè)置可溶脹聚合物材料，所述可溶脹聚合物材料包含具有第一溶脹特性的第一相和具有第二溶脹特性的第二相，在所 述可溶脹聚合物材料暴露于地層流體中時，第一溶脹特性大于第二溶脹特 性；和使用支持組件支持可溶脹聚合物材料靠著所述壁的一部分。
18. 權(quán)利要求n所述的方法，其中設(shè)置所述可溶脹聚合物材料的行為包括以包含第一相和第二相的共聚物的形式提供所述可溶脹聚合物材料。
19. 權(quán)利要求17所述的方法，其中使所述支持組件變形的行為包括將 所述可溶脹材料固定在所述井眼壁和所述支持組件之間。
20. 權(quán)利要求17所述的方法，其中支持所述可溶脹聚合物材料的行為 包括激勵鄰近所述支持組件設(shè)置的可膨脹結(jié)構(gòu)體，從而在所述可溶脹聚合 物材料上產(chǎn)生施加的壓力。
21. 權(quán)利要求17所述的方法，其中所述支持組件包括多個金屬絲網(wǎng)層。
22.權(quán)利要求17所述的方法，其中支持所述可溶脹聚合物材料的行為 包括激勵至少部分容納在所述支持組件內(nèi)的可膨脹囊狀物。
全文摘要
一種密封件，所述密封件包含聚合物材料，所述聚合物材料具有有第一溶脹特性的第一溶脹相和有第二溶脹特性的第二溶脹相，利用第一溶脹特性大于第二溶脹特性從井眼的下部密封上部。還公開一種井眼密封工具，所述井眼密封工具包含可溶脹層、鄰近所述可溶脹層設(shè)置的支持組件和可膨脹囊狀物。
文檔編號F16J15/02GK101498202SQ20081000494
公開日2009年8月5日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者阿加特·羅比森 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司