[发明专利]井下工具作业用形状记忆材料

说明书

相关申请的相互引用

本发明基于并要求2007年4月27日递交的美国临时申请No.60/914,569的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于井下工具作业的形状记忆材料。

背景技术

在许多井下作业中，致动一个或更多个部件以便实现所需的结果。例如，能够驱动流量控制阀来打开或关闭流体流动通路。相似地，能够致动封隔器或可膨胀沙滤管来密封井眼的所需区域。致动这些或其它装置常常需要部件运动，部件形状的改变，或把部件转变到所需的功能状态的一些其它类型的转变。

根据各种因素，包括环境和井设备结构，特定部件的驱动可能会较困难或较耗时。例如，机械驱动需要大的井下设备柱(downhole equipmentstrings)的运动。相似地，液压或电力致动常常需要沿井眼在相当距离之上布置控制线。

发明内容

大体上，本发明提供一种把形状记忆材料用于井眼作业的方法和系统。需要致动的井部件由形状记忆材料形成或与形状记忆材料组合，当受激活时该形状记忆材料能够转变成所需的状态。在井下能够使用激活剂来使形状记忆材料自动转变成能够执行所需的功能的状态。

附图说明

下面将参考附图来说明本发明的特定实施例，其中相同参考标记表示相同元件。

图1是根据本发明的实施例的、布置在井眼中的井系统的正视图；

图2是根据本发明的实施例的、由制成第一记忆状态的形状记忆材料形成的井部件的剖视图；

图3是根据本发明的实施例的、在变形成可选状态后的图2的井部件的剖视图；

图4是根据本发明的实施例的、在使用激活剂(activating agent)使形状记忆材料和井部件返回到记忆状态(memorized state)后的图3的井部件的剖视图；

图5是根据本发明的实施例的、包括形状记忆材料并以变形状态(deformed state)配置在井眼中的封隔器的剖视图；

图6是根据本发明的实施例的、在把形状记忆材料激活到记忆状态后的图5的封隔器的剖视图；

图7是根据本发明的实施例的、包括形状记忆材料并以变形状态配置在井眼中的流量控制装置的另一实施例的剖视图；

图8是根据本发明的实施例的、在把形状记忆材料激活到记忆状态后的流量控制装置的剖视图；

图9是根据本发明的实施例的、具有螺纹连接器的井部件的剖视图，前述螺纹连接器包括形状记忆材料并以变形状态配置在井眼中；

图10是根据本发明的实施例的、在把形状记忆材料激活到记忆状态后的图9的井部件的剖视图；

图11是根据本发明的实施例的、结合形状记忆材料的密封装置的剖视图；和

图12是根据本发明的实施例的、结合形状记忆材料的密封装置的另一实施例的剖视图。

具体实施方式

在以下说明中，为了理解本发明，说明了许多细节。然而，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，本发明不局限于这些细节，能够根据所述实施例对本发明进行各种变化和修改。

本发明主要涉及使用形状记忆材料的井下作业或井下工具作业。一个或更多个井部件由形状记忆材料形成并被配置在井眼中的井下。形状记忆材料容易从一个状态转变到另一个状态，因此能够选择性地转变，同时在井下执行所需的功能。适当的激活剂能够引发状态的变化。

形状记忆材料可包括一种或更多种材料。例如，形状记忆材料可以是金属和/或聚合物。金属型形状记忆材料包括形状记忆合金，该形状记忆合金根据固态相变(即，分子重排)而获得形状记忆效果。由于发生分子重排，这种类型的相变与从固态转变到液态时发生的相变相似，反之亦然，但是分子仍保持紧密。然而，物质保持固态。在许多应用中，10℃左右的温度变化对于启动固态相变是适当的。适当的金属形状记忆材料的实例为镍-钛合金。其它形状记忆材料包括铜-铝-镍合金，铜-锌-铝合金，和铁-锰-硅合金。此外，可使用复合形状记忆材料(composite shapememory materials)。例如，形状记忆材料可包括：聚合形状记忆复合材料(polymeric shape memory composites)；金属/聚合物形状记忆材料(例如，金属结合聚合物部件)；聚合物或金属涂层/分层形状记忆材料(例如，橡胶涂层形状记忆聚合部分)，和其它复合记忆材料。