專利名稱：用于井下防砂過濾裝置的形狀記憶聚氨酯泡沫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于油和氣井眼以防止從地層產(chǎn)出不期望的固體物的過濾裝置，更具體地涉及具有在下入(rim-in)期間保持處于壓縮狀態(tài)的形狀記憶多孔材料的過濾裝置； 一旦將所述過濾裝置置于井下并且在一定溫度下與流體接觸給定時(shí)間量，該裝置可膨脹并且完全順應(yīng)鉆孔。
背景技術(shù)：
各種通過將礫石充填在井下篩網(wǎng)的外部進(jìn)行防砂的方法在本領(lǐng)域中是已知的。 礫石從地面引入以填充篩網(wǎng)外部和井眼內(nèi)壁表面之間的環(huán)形空隙從而防止從地層產(chǎn)出不期望的固體物。最近，認(rèn)為如果篩網(wǎng)可膨脹到井眼內(nèi)壁表面則可消除對(duì)礫石充填的需要。作為礫石充填的替代的篩網(wǎng)膨脹技術(shù)由于井眼形狀不規(guī)則性而產(chǎn)生問題。美國專利 No. 7，013，979公開了一種完全順應(yīng)性膨脹篩網(wǎng)以順應(yīng)鉆孔不規(guī)則形狀。這種順應(yīng)性膨脹篩網(wǎng)由自溶脹材料構(gòu)成，所述自溶脹材料能夠通過接觸井流體而使其體積膨脹。美國專利 No. 7，318，481公開了一種包含熱固性開孔形狀記憶聚合物泡沫的自順應(yīng)膨脹篩網(wǎng)。對(duì)所述泡沫材料組合物進(jìn)行配制以獲得比在將要使用該組件的深度處的預(yù)期井下溫度稍低的所需轉(zhuǎn)變溫度。這導(dǎo)致該順應(yīng)性泡沫在所需深度處遇到的溫度下膨脹，并且保持膨脹抵靠著鉆孔壁。存在許多類型的可商購聚合物泡沫，例如天然橡膠泡沫、乙烯基橡膠泡沫、聚乙烯泡沫、氯丁橡膠泡沫、硅橡膠泡沫、聚氨酯泡沫、VITON 橡膠泡沫、聚酰亞胺泡沫等。這些泡沫中大多數(shù)是閉孔的、柔軟的并且缺乏用于井下條件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這些泡沫中的一些例如剛性聚氨酯泡沫是硬的，然而非常脆。此外，通常由聚醚或聚酯制備的常規(guī)聚氨酯泡沫缺乏熱穩(wěn)定性和必要的化學(xué)性能。因此這些泡沫在井下流體中(特別是在提高的溫度下) 不期望地受到快速破壞。因此獲得使構(gòu)件(element)在井下特定位置展開以防止從地層產(chǎn)出不期望的固體物并且僅允許所期望的烴流體流過的方法和裝置將是非常需要和重要的。

發(fā)明內(nèi)容
以一種形式提供了包括形狀記憶多孔材料的井眼過濾裝置。所述形狀記憶多孔材料具有壓縮位置和膨脹位置。使所述形狀記憶多孔材料在低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下維持處于其壓縮位置。所述形狀記憶多孔材料在其被加熱到高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度時(shí)從其壓縮位置膨脹到其膨脹位置。在另一個(gè)非限制性的實(shí)施方案中，提供了制造井眼過濾裝置的方法。該方法包括將含有異氰酸酯的異氰酸酯部分與含有多元醇的多元醇部分混合形成開孔聚氨酯泡沫材料。該開孔聚氨酯泡沫材料具有原始膨脹體積。將所述聚氨酯泡沫材料在高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的溫度下壓縮以使原始膨脹體積降低到壓縮的下入體積。將該壓縮的聚氨酯泡沫材料的溫度降低到低于Tg的溫度，但是該聚氨酯泡沫材料維持其壓縮的下入體積。該方法還包括用覆蓋物覆蓋壓縮的聚氨酯泡沫材料的外表面，所述覆蓋物可以是流體溶解性聚合物膜和/或流體熱降解性塑料層。還以不同的非限制性變化形式提供了將井眼過濾裝置安裝在地層中的井下工具上的方法。該方法包括將井下工具穩(wěn)固到射孔管柱。所述井下工具存在具有形狀記憶多孔材料的過濾裝置。所述形狀記憶多孔材料具有壓縮下入位置和原始膨脹位置。使所述形狀記憶多孔材料在低于該形狀記憶多孔材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下維持處在壓縮下入位置。處于其壓縮下入位置的所述形狀記憶多孔材料存在具有覆蓋物的外表面。所述覆蓋物可以是流體溶解性聚合物膜和/或流體熱降解性塑料層。將所述井下工具下入到井眼中。使所述覆蓋物和形狀記憶多孔材料與流體接觸。所述覆蓋物被該流體除去。所述形狀記憶多孔材料從其壓縮下入位置膨脹到抵靠著井眼的膨脹位置。以這種方式其通過防止產(chǎn)出不期望的固體并同時(shí)允許期望的烴流過該過濾裝置而起到過濾作用。


圖1是具有形狀記憶多孔材料的過濾裝置的示意性橫截面視圖，所述形狀記憶多孔材料處于其被壓縮的下入厚度或體積，在其上具有可降解的延遲膜、覆蓋物或涂層材料； 以及圖2是圖1的過濾裝置的示意性橫截面視圖，在所述過濾裝置中已除去可降解的延遲膜、覆蓋物或涂覆材料并且使形狀記憶多孔材料膨脹或展開使得其牢固地接合和適配井眼套管的內(nèi)壁表面，從而防止從地層產(chǎn)出不期望的固體物，僅允許烴流體從中流過。應(yīng)理解，圖1和2僅僅是不按比例的示意性圖解，并且不同構(gòu)件的相對(duì)尺寸和比例可以出于清楚和強(qiáng)調(diào)而加以擴(kuò)大。
具體實(shí)施例方式本文公開了用于井下防砂的井下工具、特別是過濾裝置。該過濾裝置包括一種或多種以壓縮形狀或位置下入到井眼中的形狀記憶材料。該形狀記憶材料在地面溫度下或者在下入期間的井眼溫度下保持處于制造后使其產(chǎn)生的壓縮形狀。在將具有形狀記憶材料的過濾裝置置于井內(nèi)所需位置后，讓所述形狀記憶材料在井下溫度溫度下以給定的時(shí)間量膨脹到其預(yù)壓縮形狀，即其原始制造形狀。因此膨脹形狀或設(shè)定位置是所述形狀記憶材料在其制造之后和其壓縮之前的形狀。換言之，所述形狀記憶材料具有休眠式(hibernated)形狀記憶，該休眠式形狀記憶在所述形狀記憶材料于井下展開時(shí)給其提供了其制造后所自然呈現(xiàn)的形狀。由于該形狀記憶材料膨脹到其設(shè)定位置，完全開孔的多孔材料可防止從地層產(chǎn)出不期望的固體物并且僅允許所期望的烴流體流過過濾裝置。完全開孔的多孔材料或泡沫在一個(gè)非限制性實(shí)施方案由一種或多種聚碳酸酯多元醇和改性的二苯基甲烷二異氰酸酯 (MDI)以及以及其它添加劑制得，所述其它添加劑包括但不限于發(fā)泡劑、分子交聯(lián)劑、鏈增長劑、表面活性劑、著色劑和催化劑。泡沫胞孔尺寸、尺寸分布和開孔率可以通過以使得僅允許所需的烴流體流過且防止從地層產(chǎn)出不期望的固體物這樣的方式配制不同組分以及控制加工條件來獲得。形狀記憶聚氨酯泡沫材料能夠在高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的溫度下(在該溫度下所述材料變軟)進(jìn)行很大的機(jī)械壓縮，例如，其原始體積的20-30%。在仍被進(jìn)行壓縮時(shí)，該材料被冷卻到充分低于其Tg，或者冷卻到室溫或環(huán)境溫度，甚至在所施加的壓縮力去除后能夠保持壓縮狀態(tài)。當(dāng)該材料被加熱到接近或高于其Tg時(shí)，其能夠恢復(fù)到其原始未壓縮狀態(tài)或形狀。換言之，該形狀記憶材料具有休眠式形狀記憶，該休眠式形狀記憶給其提供了在形狀記憶材料制造后其自然呈現(xiàn)的形狀。能夠?qū)郯滨ヅ菽慕M成進(jìn)行配制以獲得適合于井下應(yīng)用的所需玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，其中可就低于Tg的溫度控制過濾裝置在將要使用該組件的深度處的展開。
通常，認(rèn)為聚氨酯彈性體或聚氨酯泡沫的熱穩(wěn)定性和耐水解性差，特別是當(dāng)其由聚醚或聚酯制得時(shí)。本文發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚氨酯由聚碳酸酯多元醇和MDI 二異氰酸酯制得時(shí)熱穩(wěn)定性和耐水解性得到顯著改善。具有許多可商購的聚碳酸酯多元醇，例如來自Bayer的 Desmophen C1200禾口Desmophen 2200，來自 Arch Chemicals 的Poly-CD 220，來自 StahlUSA 的PC-1733、PC-1667和PC-1122。在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，聚碳酸酯多元醇PC-1667或聚(環(huán)脂族碳酸酯)是適合的，因?yàn)楫?dāng)其用于制備聚氨酯時(shí)其顯示出優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性。此外，由聚(環(huán)脂族碳酸酯)制得的聚氨酯硬且堅(jiān)韌。可對(duì)聚氨酯泡沫的組成進(jìn)行配制以獲得在60°C -170°C內(nèi)的不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，這特別適合于滿足大多數(shù)井下應(yīng)用溫度要求。在一個(gè)特定的非限制性實(shí)施方案中，該形狀記憶材料是極其堅(jiān)韌和強(qiáng)硬并且能夠被壓縮和基本上恢復(fù)到其原始膨脹形狀的聚氨酯泡沫材料。另一個(gè)非限制性實(shí)施方案中， 該形狀記憶聚氨酯泡沫的Tg為約94. 4°C，在125°c下用機(jī)械力進(jìn)行壓縮。在仍處于壓縮狀態(tài)時(shí)，將該材料冷卻至室溫。該形狀記憶聚氨酯泡沫甚至在所施加的機(jī)械力去除后能夠保持處于壓縮狀態(tài)。當(dāng)將該材料加熱到約88°C時(shí)，其能夠在20分鐘內(nèi)恢復(fù)到其原始形狀。然而，當(dāng)將相同材料加熱到較低溫度例如65°C并持續(xù)約40小時(shí)時(shí)，其保持處于壓縮狀態(tài)并且不會(huì)改變其形狀。理想地，當(dāng)使用該形狀記憶聚氨酯泡沫作為用于井下防砂應(yīng)用的過濾介質(zhì)時(shí)，過濾裝置在下入期間優(yōu)選保持處于壓縮狀態(tài)直到其到達(dá)所需的井下位置。通常，井下工具從地面行進(jìn)到所需井下位置花費(fèi)數(shù)小時(shí)或數(shù)天。當(dāng)下入期間溫度足夠高時(shí)，由該形狀記憶聚氨酯泡沫制造的過濾裝置可開始膨脹。為了在下入期間避免不期望的早期膨脹，可以或必須考慮到延遲法。在一個(gè)特定但非限制性的實(shí)施方案中，聚(乙烯醇)(PVA)膜用于包裹或覆蓋由形狀記憶聚氨酯泡沫制造的過濾裝置的外表面以防止在下入期間膨脹。一旦過濾裝置在井下適當(dāng)位置于一定溫度下持續(xù)給定的時(shí)間量，PVA膜能夠溶解于水、乳狀液或其它井下流體，在這樣的暴露后，所述形狀記憶過濾裝置可膨脹并且完全順應(yīng)鉆孔。在另一個(gè)備選但非限制性的特定實(shí)施方案中，由形狀記憶聚氨酯泡沫制造的過濾裝置可以涂覆有流體熱降解性的剛性塑料例如聚酯聚氨酯塑料和聚酯塑料。術(shù)語“流體熱降解性塑料”是指當(dāng)其遭受流體例如水或烴或它們的組合以及熱時(shí)，任何可降解的剛性固體聚合物膜、涂覆物或覆蓋物。對(duì)覆蓋物進(jìn)行配制以在滿足所需應(yīng)用的特定溫度范圍內(nèi)或者在下入期間于井下溫度所需時(shí)間段(例如數(shù)小時(shí)或數(shù)天)可降解。可以對(duì)延遲覆蓋物的厚度和可降解塑料的類型進(jìn)行選擇以在下入期間能夠使形狀記憶聚氨酯泡沫的過濾裝置保持不膨脹。一旦將過濾裝置置于井下在一定溫度持續(xù)給定的時(shí)間量，則這些可降解塑料分解，這可允許過濾裝置膨脹到鉆孔內(nèi)壁。換言之，可以通過溶解在例如水性流體或烴流體中，或者在另一個(gè)非限制性實(shí)施例中通過熱降解或水解(施加熱或不施加熱)、破壞構(gòu)成覆蓋物的材料的聚合物鏈之間的交聯(lián)鍵，來除去抑制或阻止形狀記憶多孔材料恢復(fù)到其膨脹位置或過早展開的覆蓋物。聚氨酯泡沫材料可以通過將化學(xué)反應(yīng)物的兩個(gè)分開的部分合并和使它們?cè)谝黄鸱磻?yīng)來形成。這些兩個(gè)分開的部分在本文中稱作異氰酸酯部分和多元醇部分。異氰酸酯部分可以包含基于單體二異氰酸酯或多異氰酸酯的改性異氰酸酯(MI)或改性二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)。多元醇部分可以包括但不必限于基于聚醚、聚酯或聚碳酸酯的二-或多官能的羥基封端預(yù)聚物。 水可以作為多元醇部分的一部分包括在內(nèi)并且可以充當(dāng)發(fā)泡劑以在由異氰酸酯和水的反應(yīng)(在將異氰酸酯部分和多元醇部分合并時(shí))產(chǎn)生二氧化碳時(shí)提供多孔泡沫結(jié)構(gòu)。在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，異氰酸酯部分可以含有由Bayer銷售的改性MDI MONDUR PC或由BASF銷售的MDI預(yù)聚物L(fēng)UPRANATE 5040，而多元醇部分可以含有(1)由 Stahl USA以商業(yè)名稱PC-1667銷售的聚(環(huán)脂族碳酸酯)多元醇；(2)由Alfa Aesar銷售的三官能羥基交聯(lián)劑三羥甲基丙烷(TMP) ； (3)由Albemarle以商業(yè)名稱ETHAOTRE 300 銷售的芳族二胺鏈增長劑二甲硫基甲苯二胺(DMTDA) ； (4)由Air Products以商業(yè)名稱 P0LYCAT 77銷售的催化劑；(5)由Air Product以商業(yè)名稱DABCO DC198銷售的表面活性劑；(6)由Degussa以商業(yè)名稱0RTEG0L 501銷售的開孔劑，(7)由Milliken Chemical以商業(yè)名稱REACTINT Violet X80LT銷售的著色劑；和(8)水。在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，化學(xué)反應(yīng)物的兩個(gè)分開的部分(本文稱作異氰酸酯部分和多元醇部分)之比根據(jù)它們各自的當(dāng)量可以化學(xué)配平到接近于1 1。異氰酸酯部分的當(dāng)量由NCO (異氰酸酯)內(nèi)含物(本文稱作改性MDI MONDUR PC)的百分?jǐn)?shù)計(jì)算并且含有25. 8重量％的NC0。其它異氰酸酯例如BASF銷售的MDI預(yù)聚物L(fēng)upranate 5040 (含有 26.3重量％的0)也是可接受的。多元醇部分的當(dāng)量通過將多元醇部分中所有反應(yīng)性組分的當(dāng)量加在一起進(jìn)行計(jì)算，其包括多元醇例如PC-1667、水、分子交聯(lián)劑例如TMP和鏈增長劑例如DMTDA。成品聚氨酯泡沫的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可以通過異氰酸酯和多元醇的不同組合進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般而言，異氰酸酯部分越多，獲得的Tg越高。鏈增長劑，即由Albemarle以商業(yè)名稱ETHAOTRE 300銷售的二甲硫基甲苯二胺 (DMTDA)，是提供增強(qiáng)的高溫性能的液體芳族二胺固化劑。其它合適的鏈增長劑包括但不限于由Chemtura以商業(yè)名稱VIBRA-CURE A 133 HS銷售的4，4，-亞甲基雙(2-氯苯胺)即“M0CA”，和由Air Products以商業(yè)名稱VERSALINK 740M銷售的三亞甲基二醇二對(duì)氨基苯甲酸酯即“MCDEA”。在某些實(shí)施方案中，納入胺系催化劑或金屬基催化劑以獲得聚氨酯泡沫材料的良好性能。這類催化劑可從例如Air Products的公司購得。提供聚氨酯泡沫材料的特別良好性能的合適催化劑包括但不必限于五甲基二亞丙基三胺，由Air Products 以商業(yè)名稱P0LYCAT 77銷售的胺系催化劑，和二月桂酸二丁基錫，由Air Products以商業(yè)名稱DABCO T-12銷售的金屬基催化劑?？梢詫⑸倭勘砻婊钚詣?如總重量的0. 5% )，例如由Air Products以商業(yè)名稱 DABCO DC-198銷售的表面活性劑以及少量開孔劑(如總重量的0. 5% )，例如由Degussa以商業(yè)名稱 0RTEG0L 500、0RTEG0L 50UTEG0STAB B8935、TEG0STAB B8871 和 TEG0STAB B8934銷售的開孔劑加入到配方中以控制泡沫的胞孔結(jié)構(gòu)、分布和開孔率。DABCO DC-198是來自 Air Products的有機(jī)硅系表面活性劑。其它合適的表面活性劑包括但不必限于由DuPont 以商業(yè)名稱ZONYL 8857A和ZONYL FS0-100銷售的含氟表面活化劑?？梢栽诙嘣疾糠种屑尤胫珓┮蕴峁┏善返乃桀伾?。這類著色劑可從例如以商業(yè)名稱REACTINT銷售合適著色劑的Milliken Chemical的公司購得。
在制備異氰酸酯部分和多元醇部分之后，將它們?cè)谒铚囟认潞喜⒒蚧旌显谝黄?。將這兩個(gè)部分合并時(shí)的溫度影響所得聚氨酯泡沫材料內(nèi)胞孔尺寸的程度。例如，混合物的較高溫度提供較大的胞孔尺寸而混合物的較低溫度提供較小的胞孔尺寸。在一個(gè)特定但非限制性的實(shí)施方案中，將包括聚(環(huán)脂族碳酸酯)和其它添加劑例如交聯(lián)劑、鏈增長劑、表面活性劑、開孔劑、著色劑、水和催化劑的多元醇部分在與異氰酸酯部分合并之前預(yù)加熱到90°C。將異氰酸酯部分與多元醇部分合并，并即可引發(fā)發(fā)泡反應(yīng)， 混合物的粘度快速提高。由于混合物的高粘度和快速的反應(yīng)速率，推薦合適的混合器以形成聚氨酯泡沫材料。雖然存在許多專門為兩部分式聚氨酯泡沫加工所設(shè)計(jì)的可商購?fù)耆詣?dòng)混合器，但是發(fā)現(xiàn)例如具有單或雙葉片的KITCHENAID 型混合器的混合器起到特別好的作用。在大規(guī)模混合中，發(fā)現(xiàn)打蛋器式混合器和鉆式機(jī)(drill press)起到特別好的作用。在將異氰酸酯和多元醇部分進(jìn)行混合中，混合物中包括的異氰酸酯和多元醇的量應(yīng)該根據(jù)它們的當(dāng)量進(jìn)行化學(xué)配平。在一個(gè)特定的非限制性實(shí)施方案中，將大于5%當(dāng)量的異氰酸酯與多元醇部分合并。在一個(gè)實(shí)施方案中，異氰酸酯和聚碳酸酯多元醇之比以重量計(jì)為約1 1?？梢詫?6. Og的PC-1667聚(環(huán)脂族碳酸酯)聚碳酸酯與2. 3g的TMP交聯(lián)劑、3. 6g的DMTDA鏈增長劑、0. 9g 的 DABCO DC-198 表面活性劑、0. 4g 的 0RTEG0L 501 開孔劑、0. Ig 的 REACTINT VioletX80LT著色劑、0. Olg的P0LYCAT 77催化劑和0. 7g的水發(fā)泡劑合并以形成多元醇部分。將該多元醇部分預(yù)加熱到90°c并且在KITCHENAID ·型單葉片混合器中與46. Og 的MDI MONDUR PC混合。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所應(yīng)認(rèn)識(shí)到的，這些配方可按比例放大以形成較大體積的這種形狀記憶材料。可以將含有異氰酸酯部分和多元醇部分的混合物混合約10秒鐘，然后將其注入到模具中并且通過將頂部金屬板置于模具上而立刻使該模具密閉。由于由發(fā)泡過程產(chǎn)生的明顯量的壓力，可以使用C形夾具將頂部金屬板和模具保持在一起以防止混合物的任何泄露。在室溫下約2小時(shí)后，可以將包括模具和C形夾具的聚氨酯泡沫材料置于烘箱內(nèi)部并且在110°C的溫度下“后固化”約8小時(shí)從而使該聚氨酯泡沫材料達(dá)到其充分強(qiáng)度。在冷卻至室溫后，使該聚氨酯泡沫材料充分固化使得可以取除模具。然后，在該階段的聚氨酯泡沫材料將幾乎總是包括在該聚氨酯泡沫外表面上的“表皮(Skin)”層。該“表皮”是當(dāng)混合物與模具表面接觸時(shí)形成的固體聚氨酯塑料層。發(fā)現(xiàn)表皮的厚度取決于加入到混合物中的水的濃度。過量的水含量降低表皮的厚度而不足的水含量提高表皮的厚度。在一個(gè)非限制性的解釋中，表皮的形成被認(rèn)為是由混合物中的異氰酸酯和模具表面上的水分之間的反應(yīng)引起的。因此，需要額外的機(jī)械加工(conversion)方法除去表皮，這是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情形中所述表皮不呈讓流體從中流過的多孔性。可以使用工具例如帶鋸、斜切鋸、芯鋸(core saw)、弓鋸和車床除去表皮。在從聚氨酯泡沫材料除去表皮之后，其可具有完全開孔結(jié)構(gòu)，即剛性、強(qiáng)硬和堅(jiān)韌的開孔結(jié)構(gòu)。 在該時(shí)刻，聚氨酯泡沫材料處于具有原始或膨脹厚度的其原始膨脹形狀。聚氨酯泡沫材料的Tg通過動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)由損耗模量即G”的峰值測(cè)量為94. 4°C?？赡軌蛟跍囟?25. 0°C下于限制性(confining)模具中將聚氨酯泡沫材料機(jī)械壓縮到原始厚度或體積的至少25%。在仍處于壓縮狀態(tài)時(shí)，將該材料冷卻至室溫。形狀記憶聚氨酯泡沫甚至在除去所施加的機(jī)械力之后能夠處于壓縮狀態(tài)。在一個(gè)非限制性變化形式中，當(dāng)將該材料加熱到約88°C時(shí)，其能夠在20分鐘內(nèi)恢復(fù)到其原始形狀。然而，當(dāng)將相同材料加熱到約65°C 并持續(xù)約40小時(shí)時(shí)，其根本不膨脹或改變其形狀。在另一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，異氰酸酯和聚碳酸酯多元醇之比以重量計(jì)為約 1.5 1?？梢詫?4. Ig的PC-1667聚(環(huán)脂族碳酸酯)聚碳酸酯與2. 3g的TMP交聯(lián)劑、 10. 4g的DMTDA鏈增長劑、0. 8g的DABCO DC-198表面活性劑、0. 4g的0RTEG0L 501開孔劑、 0. Ig的REACTINT Violet X80LT著色劑、0. Olg的P0LYCAT 77催化劑和0. 7g的水發(fā)泡劑合并以形成多元醇部分。將該多元醇部分預(yù)加熱到90°C并且在KITCHENAID ·型單葉片混合器中與5i. 2g WMDIMONDUR PC混合。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所應(yīng)認(rèn)識(shí)到的，這些配方可按比例放大以形成較大體積的這種形狀記憶材料。可以將含有異氰酸酯部分和多元醇部分的混合物混合約10秒鐘，然后將其注入到模具中并且通過將頂部金屬板置于模具上而立刻將該該模具密閉。由于由發(fā)泡過程產(chǎn)生的明顯量的壓力，可以使用C形夾具或其它裝置將頂部金屬板和模具保持在一起以防止混合物的任何泄露。在約2小時(shí)后，可以將包括模具和C形夾具的聚氨酯泡沫材料轉(zhuǎn)移到烘箱中并且在110°C的溫度下“后固化”約8小時(shí)從而使該聚氨酯泡沫材料達(dá)到其充分強(qiáng)度。 在冷卻至室溫后，使該聚氨酯泡沫材料充分固化以使得可以去除模具。該聚氨酯泡沫材料的Tg可以通過DMA由損耗模量即G”的峰值測(cè)量為117. 0°C。如所可以認(rèn)識(shí)到的，以重量計(jì)異氰酸酯比多元醇多的聚氨酯泡沫產(chǎn)生較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。以重量計(jì)異氰酸酯比多元醇少的聚氨酯泡沫產(chǎn)生較低的Tg。通過配制異氰酸酯和多元醇的不同組合，可以獲得形狀記憶聚氨酯泡沫的不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。具有特定 Tg的形狀記憶聚氨酯泡沫材料的組成可以基于實(shí)際井下部署(employment)/應(yīng)用溫度進(jìn)行配制。通常，將形狀記憶聚氨酯泡沫的Tg設(shè)計(jì)得比實(shí)際井下部署/應(yīng)用溫度高約20°C。因?yàn)閼?yīng)用溫度低于Tg，所述材料保持良好的機(jī)械性能。在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，可以在高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度將形狀記憶聚氨酯泡沫以管狀進(jìn)行液壓壓縮，然后在其仍處在壓縮力下時(shí)將其冷卻至充分低于Tg的溫度或室溫。 在除去壓力之后，該形狀記憶聚氨酯泡沫能夠保持處于壓縮狀態(tài)或形狀。在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，然后可以用從IdroplaX，S.r. I. , Italy以商業(yè)名稱HT-350商購的(PVA)膜緊密包裹該管狀的壓縮形狀記憶聚氨酯材料。在另一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，該管狀的壓縮形狀記憶聚氨酯材料可以輥涂有流體熱降解性聚氨酯樹脂的層，所述聚氨酯樹脂通過將70 重量份的液體異氰酸酯例如來自Bayer的MONDUR PC和30重量份的液體聚酯多元醇例如來自Chemtura的FOMREZ 45合并來形成。在另一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，可以將該管狀的壓縮形狀記憶聚氨酯泡沫材料浸在含有液體聚氨酯混合物并同時(shí)緩慢旋轉(zhuǎn)的盤內(nèi)。在約5 分鐘內(nèi)，將逐漸形成(build up)約1.5mm厚度的聚氨酯涂料層?？梢栽谑覝叵鹿袒@種聚氨酯涂層約8小時(shí)。在一個(gè)非限制性的變化形式中，如果該材料處于固化過程的同時(shí)保持旋轉(zhuǎn)則有助于避免樹脂的任何滴落?？梢栽诰郯滨セ旌衔镏屑尤爰s0. 的催化劑例如來自Air Products的P0LYCAT 77以加速固化過程。參考圖1和2，在操作中，將具有包括形狀記憶多孔材料32的過濾裝置30的管柱 20下入到由井眼套管52所限定的井眼50中到達(dá)所需位置。如圖1中所示，形狀記憶材料 32具有壓縮的下入厚度34和外部延遲膜、覆蓋物或涂層40。在足夠量的延遲膜、覆蓋物或涂覆材料40溶解或分解之后，即在延遲膜、覆蓋物或涂覆材料40溶解或分解使得壓縮的形狀記憶材料32中貯存的能量大于由所述延遲材料提供的壓縮力后，形狀記憶多孔材料32 從下入或壓縮位置(圖1)膨脹到具有膨脹厚度36的膨脹或設(shè)定位置(圖2)。在這樣進(jìn)行時(shí)，形狀記憶材料32與井眼套管52的內(nèi)壁表面54接合，因此防止從地層產(chǎn)出不期望的固體物，僅允許烴流體流經(jīng)過濾裝置30。另外，在本文描述到過濾裝置與鉆孔“完全順應(yīng)”時(shí)，是指形狀記憶多孔材料膨脹或展開從而填充一直到鉆孔壁的可用空間。鉆孔壁將限制形狀記憶多孔材料的最終膨脹形狀并且實(shí)際上不允許其 膨脹到其原始膨脹位置或形狀。然而以這種方式，多孔的膨脹或展開的形狀記憶材料可允許從地下地層產(chǎn)出的烴穿過井眼，但是可阻止或抑制產(chǎn)出小或細(xì)的固體，這是因?yàn)樗鼈兺ǔ⑦^大而不能穿過所述多孔材料的開孔。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所顯示和描述的構(gòu)造、操作、具體材料或?qū)嵤┓桨傅木唧w細(xì)節(jié)，因?yàn)樾揎椇偷刃?duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是明顯的。相應(yīng)地，本發(fā)明因此僅由所附權(quán)利要求書的范圍所限制。另外，認(rèn)為說明書是說明性含義而不是限制性含義。例如，落入所請(qǐng)求保護(hù)的參數(shù)內(nèi)、但是沒有以特定方法或設(shè)備進(jìn)行具體確實(shí)或試驗(yàn)的制備聚氨酯/脲熱塑材料的具體組分組合、具體井下工具構(gòu)造和其它組合、組分和結(jié)構(gòu)預(yù)期在本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)利要求中的術(shù)語“包括”和“包含”應(yīng)該解釋為是指包括但不限于所敘述的構(gòu)件。本發(fā)明可以適宜地包括公開的要素、由公開的要素組成或基本上由公開的要素組成，并且可以在沒有公開的要素不存在時(shí)進(jìn)行實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種井眼過濾裝置，該井眼過濾裝置包括形狀記憶多孔材料，所述形狀記憶多孔材料具有壓縮位置和膨脹位置，其中使所述形狀記憶多孔材料在低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下維持處于壓縮位置，其中所述形狀記憶多孔材料在其被加熱到高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度時(shí)從其壓縮位置膨脹到其膨脹位置。
2.權(quán)利要求1的過濾裝置，其中所述形狀記憶多孔材料包含聚氨酯泡沫。
3.權(quán)利要求2的過濾裝置，其中所述聚氨酯泡沫材料通過將聚碳酸酯多元醇與多異氰酸酯混合形成。
4.權(quán)利要求1的過濾裝置，其中所述形狀記憶多孔材料具有用選自流體溶解性聚合物膜、流體熱降解性塑料層和它們的組合的覆蓋物覆蓋的外表面。
5.一種制造井眼過濾裝置的方法，該方法包括(a)將含有異氰酸酯的異氰酸酯部分與含有多元醇的多元醇部分混合形成開孔聚氨酯泡沫材料，該開孔聚氨酯泡沫材料具有原始膨脹體積；(b)將所述聚氨酯泡沫材料在高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的溫度下壓縮以使原始膨脹體積降低到壓縮的下入體積；(c)將該壓縮的聚氨酯泡沫材料的溫度降低到低于Tg的溫度，在該溫度該聚氨酯泡沫材料維持其壓縮的下入體積；并且(d)用選自流體溶解性聚合物膜、流體熱降解性塑料層和它們的組合的覆蓋物覆蓋該壓縮的聚氨酯泡沫材料的外表面。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述多元醇部分包含多元醇和水的混合物。
7.權(quán)利要求5的方法，其中所述多元醇部分包含聚碳酸酯多元醇。
8.權(quán)利要求5的方法，其中所述多元醇部分包含鏈增長劑。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述鏈增長劑包含芳族二胺。
10.權(quán)利要求5的方法，其中所述多元醇部分包含水、鏈增長劑以及選自胺系催化劑、 金屬基催化劑和其混合物的催化劑。
11.權(quán)利要求5的方法，其中所述多元醇部分包含水、鏈增長劑、催化劑和表面活性劑。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述表面活性劑還包含開孔劑。
13.權(quán)利要求5的方法，其中將所述多元醇部分在與異氰酸酯部分合并之前預(yù)加熱到至少90°C。
14.權(quán)利要求5的方法，其中步驟(a)還包括使所述聚氨酯泡沫材料在模具中固化并然后在大于110°C的溫度下加熱所述聚氨酯泡沫材料。
15.權(quán)利要求5的方法，其中步驟(a)包含將當(dāng)量的異氰酸酯部分和多元醇部分混合。
16.權(quán)利要求5的方法，其中步驟(a)包括將異氰酸酯部分和多元醇部分在混合器中混合至少約10秒鐘并且在室溫下使所述聚氨酯泡沫材料在模具中固化至少約2小時(shí)。
17.權(quán)利要求16的方法，其中步驟(a)還包括在使所述聚氨酯泡沫材料固化后，在至少約110°C的溫度下加熱所述聚氨酯泡沫材料至少約8小時(shí)。
18.一種將井眼過濾裝置安裝在地層中的井下工具上的方法，該方法包括(a)將井下工具穩(wěn)固到射孔管柱，所述井下工具包括含有形狀記憶多孔材料的過濾裝置，所述形狀記憶多孔材料具有壓縮下入位置和原始膨脹位置，其中使所述形狀記憶多孔材料在低于該形狀記憶多孔材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下維持處在壓縮下入位置，處于其壓縮下入位置的所述形狀記憶多孔材料存在具有覆蓋物的外表面，所述覆蓋物選自流體溶解性聚合物膜、流體降解性聚氨酯塑料或流體降解性聚酯塑料的層以及它們的組合； (b)將所述井下工具下入到井眼中； (C)使所述覆蓋物和形狀記憶多孔材料與流體接觸；(d)所述覆蓋物被該流體除去；(e)所述形狀記憶多孔材料從其壓縮下入位置膨脹到抵靠著井眼的膨脹位置。
19.權(quán)利要求18的方法，該方法還包括(f)通過井眼從地層中產(chǎn)出烴，其中所述處于膨脹位置的形狀記憶多孔材料防止從地層產(chǎn)出不期望的固體物但允許產(chǎn)出期望的烴。
20.權(quán)利要求18的方法，其中所述流體是水。
21.權(quán)利要求18的方法，其中所述流體是油。
22.權(quán)利要求18的方法，其中所述形狀記憶多孔材料包含通過將聚碳酸酯多元醇與多異氰酸酯混合形成的聚氨酯。
全文摘要
過濾裝置可以包括具有壓縮下入位置或形狀和原始膨脹位置或形狀的形狀記憶材料。該形狀記憶材料可以包括在低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的溫度下保持處于壓縮下入位置的開孔的多孔剛性聚氨酯泡沫材料。該泡沫材料在其壓縮下入位置中可以覆蓋有流體溶解性聚合物膜和/或流體降解性塑料層。一旦將所述過濾裝置置于井下并且在一定溫度下與液體接觸給定時(shí)間量，則該裝置可以膨脹并且完全順應(yīng)鉆孔從而阻止從地層產(chǎn)出不期望的固體物。
文檔編號(hào)E21B43/08GK102224321SQ200980146678
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2009年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者P·M·莫塞爾弗雷施, P·段 申請(qǐng)人:貝克休斯公司