专利名称：用于井下防砂过滤装置的形状记忆聚氨酯泡沫的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于油和气井眼以防止从地层产出不期望的固体物的过滤装置，更具体地涉及具有在下入(rim-in)期间保持处于压缩状态的形状记忆多孔材料的过滤装置； 一旦将所述过滤装置置于井下并且在一定温度下与流体接触给定时间量，该装置可膨胀并且完全顺应钻孔。
背景技术：
各种通过将砾石充填在井下筛网的外部进行防砂的方法在本领域中是已知的。 砾石从地面引入以填充筛网外部和井眼内壁表面之间的环形空隙从而防止从地层产出不期望的固体物。最近，认为如果筛网可膨胀到井眼内壁表面则可消除对砾石充填的需要。作为砾石充填的替代的筛网膨胀技术由于井眼形状不规则性而产生问题。美国专利 No. 7，013，979公开了一种完全顺应性膨胀筛网以顺应钻孔不规则形状。这种顺应性膨胀筛网由自溶胀材料构成，所述自溶胀材料能够通过接触井流体而使其体积膨胀。美国专利 No. 7，318，481公开了一种包含热固性开孔形状记忆聚合物泡沫的自顺应膨胀筛网。对所述泡沫材料组合物进行配制以获得比在将要使用该组件的深度处的预期井下温度稍低的所需转变温度。这导致该顺应性泡沫在所需深度处遇到的温度下膨胀，并且保持膨胀抵靠着钻孔壁。存在许多类型的可商购聚合物泡沫，例如天然橡胶泡沫、乙烯基橡胶泡沫、聚乙烯泡沫、氯丁橡胶泡沫、硅橡胶泡沫、聚氨酯泡沫、VITON 橡胶泡沫、聚酰亚胺泡沫等。这些泡沫中大多数是闭孔的、柔软的并且缺乏用于井下条件的结构强度。这些泡沫中的一些例如刚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备的常规聚氨酯泡沫缺乏热稳定性和必要的化学性能。因此这些泡沫在井下流体中(特别是在提高的温度下) 不期望地受到快速破坏。因此获得使构件(element)在井下特定位置展开以防止从地层产出不期望的固体物并且仅允许所期望的烃流体流过的方法和装置将是非常需要和重要的。
发明内容
以一种形式提供了包括形状记忆多孔材料的井眼过滤装置。所述形状记忆多孔材料具有压缩位置和膨胀位置。使所述形状记忆多孔材料在低于其玻璃化转变温度的温度下维持处于其压缩位置。所述形状记忆多孔材料在其被加热到高于其玻璃化转变温度的温度时从其压缩位置膨胀到其膨胀位置。在另一个非限制性的实施方案中，提供了制造井眼过滤装置的方法。该方法包括将含有异氰酸酯的异氰酸酯部分与含有多元醇的多元醇部分混合形成开孔聚氨酯泡沫材料。该开孔聚氨酯泡沫材料具有原始膨胀体积。将所述聚氨酯泡沫材料在高于其玻璃化转变温度Tg的温度下压缩以使原始膨胀体积降低到压缩的下入体积。将该压缩的聚氨酯泡沫材料的温度降低到低于Tg的温度，但是该聚氨酯泡沫材料维持其压缩的下入体积。该方法还包括用覆盖物覆盖压缩的聚氨酯泡沫材料的外表面，所述覆盖物可以是流体溶解性聚合物膜和/或流体热降解性塑料层。还以不同的非限制性变化形式提供了将井眼过滤装置安装在地层中的井下工具上的方法。该方法包括将井下工具稳固到射孔管柱。所述井下工具存在具有形状记忆多孔材料的过滤装置。所述形状记忆多孔材料具有压缩下入位置和原始膨胀位置。使所述形状记忆多孔材料在低于该形状记忆多孔材料的玻璃化转变温度下维持处在压缩下入位置。处于其压缩下入位置的所述形状记忆多孔材料存在具有覆盖物的外表面。所述覆盖物可以是流体溶解性聚合物膜和/或流体热降解性塑料层。将所述井下工具下入到井眼中。使所述覆盖物和形状记忆多孔材料与流体接触。所述覆盖物被该流体除去。所述形状记忆多孔材料从其压缩下入位置膨胀到抵靠着井眼的膨胀位置。以这种方式其通过防止产出不期望的固体并同时允许期望的烃流过该过滤装置而起到过滤作用。
图1是具有形状记忆多孔材料的过滤装置的示意性横截面视图，所述形状记忆多孔材料处于其被压缩的下入厚度或体积，在其上具有可降解的延迟膜、覆盖物或涂层材料； 以及图2是图1的过滤装置的示意性横截面视图，在所述过滤装置中已除去可降解的延迟膜、覆盖物或涂覆材料并且使形状记忆多孔材料膨胀或展开使得其牢固地接合和适配井眼套管的内壁表面，从而防止从地层产出不期望的固体物，仅允许烃流体从中流过。应理解，图1和2仅仅是不按比例的示意性图解，并且不同构件的相对尺寸和比例可以出于清楚和强调而加以扩大。
具体实施例方式本文公开了用于井下防砂的井下工具、特别是过滤装置。该过滤装置包括一种或多种以压缩形状或位置下入到井眼中的形状记忆材料。该形状记忆材料在地面温度下或者在下入期间的井眼温度下保持处于制造后使其产生的压缩形状。在将具有形状记忆材料的过滤装置置于井内所需位置后，让所述形状记忆材料在井下温度温度下以给定的时间量膨胀到其预压缩形状，即其原始制造形状。因此膨胀形状或设定位置是所述形状记忆材料在其制造之后和其压缩之前的形状。换言之，所述形状记忆材料具有休眠式(hibernated)形状记忆，该休眠式形状记忆在所述形状记忆材料于井下展开时给其提供了其制造后所自然呈现的形状。由于该形状记忆材料膨胀到其设定位置，完全开孔的多孔材料可防止从地层产出不期望的固体物并且仅允许所期望的烃流体流过过滤装置。完全开孔的多孔材料或泡沫在一个非限制性实施方案由一种或多种聚碳酸酯多元醇和改性的二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI)以及以及其它添加剂制得，所述其它添加剂包括但不限于发泡剂、分子交联剂、链增长剂、表面活性剂、着色剂和催化剂。泡沫胞孔尺寸、尺寸分布和开孔率可以通过以使得仅允许所需的烃流体流过且防止从地层产出不期望的固体物这样的方式配制不同组分以及控制加工条件来获得。形状记忆聚氨酯泡沫材料能够在高于其玻璃化转变温度(Tg)的温度下(在该温度下所述材料变软)进行很大的机械压缩，例如，其原始体积的20-30%。在仍被进行压缩时，该材料被冷却到充分低于其Tg，或者冷却到室温或环境温度，甚至在所施加的压缩力去除后能够保持压缩状态。当该材料被加热到接近或高于其Tg时，其能够恢复到其原始未压缩状态或形状。换言之，该形状记忆材料具有休眠式形状记忆，该休眠式形状记忆给其提供了在形状记忆材料制造后其自然呈现的形状。能够对聚氨酯泡沫的组成进行配制以获得适合于井下应用的所需玻璃化转变温度，其中可就低于Tg的温度控制过滤装置在将要使用该组件的深度处的展开。
通常，认为聚氨酯弹性体或聚氨酯泡沫的热稳定性和耐水解性差，特别是当其由聚醚或聚酯制得时。本文发现当聚氨酯由聚碳酸酯多元醇和MDI 二异氰酸酯制得时热稳定性和耐水解性得到显著改善。具有许多可商购的聚碳酸酯多元醇，例如来自Bayer的 Desmophen C1200禾口Desmophen 2200，来自 Arch Chemicals 的Poly-CD 220，来自 StahlUSA 的PC-1733、PC-1667和PC-1122。在一个非限制性实施方案中，聚碳酸酯多元醇PC-1667或聚(环脂族碳酸酯)是适合的，因为当其用于制备聚氨酯时其显示出优越的热稳定性和水解稳定性。此外，由聚(环脂族碳酸酯)制得的聚氨酯硬且坚韧。可对聚氨酯泡沫的组成进行配制以获得在60°C -170°C内的不同玻璃化转变温度，这特别适合于满足大多数井下应用温度要求。在一个特定的非限制性实施方案中，该形状记忆材料是极其坚韧和强硬并且能够被压缩和基本上恢复到其原始膨胀形状的聚氨酯泡沫材料。另一个非限制性实施方案中， 该形状记忆聚氨酯泡沫的Tg为约94. 4°C，在125°c下用机械力进行压缩。在仍处于压缩状态时，将该材料冷却至室温。该形状记忆聚氨酯泡沫甚至在所施加的机械力去除后能够保持处于压缩状态。当将该材料加热到约88°C时，其能够在20分钟内恢复到其原始形状。然而，当将相同材料加热到较低温度例如65°C并持续约40小时时，其保持处于压缩状态并且不会改变其形状。理想地，当使用该形状记忆聚氨酯泡沫作为用于井下防砂应用的过滤介质时，过滤装置在下入期间优选保持处于压缩状态直到其到达所需的井下位置。通常，井下工具从地面行进到所需井下位置花费数小时或数天。当下入期间温度足够高时，由该形状记忆聚氨酯泡沫制造的过滤装置可开始膨胀。为了在下入期间避免不期望的早期膨胀，可以或必须考虑到延迟法。在一个特定但非限制性的实施方案中，聚(乙烯醇)(PVA)膜用于包裹或覆盖由形状记忆聚氨酯泡沫制造的过滤装置的外表面以防止在下入期间膨胀。一旦过滤装置在井下适当位置于一定温度下持续给定的时间量，PVA膜能够溶解于水、乳状液或其它井下流体，在这样的暴露后，所述形状记忆过滤装置可膨胀并且完全顺应钻孔。在另一个备选但非限制性的特定实施方案中，由形状记忆聚氨酯泡沫制造的过滤装置可以涂覆有流体热降解性的刚性塑料例如聚酯聚氨酯塑料和聚酯塑料。术语“流体热降解性塑料”是指当其遭受流体例如水或烃或它们的组合以及热时，任何可降解的刚性固体聚合物膜、涂覆物或覆盖物。对覆盖物进行配制以在满足所需应用的特定温度范围内或者在下入期间于井下温度所需时间段(例如数小时或数天)可降解。可以对延迟覆盖物的厚度和可降解塑料的类型进行选择以在下入期间能够使形状记忆聚氨酯泡沫的过滤装置保持不膨胀。一旦将过滤装置置于井下在一定温度持续给定的时间量，则这些可降解塑料分解，这可允许过滤装置膨胀到钻孔内壁。换言之，可以通过溶解在例如水性流体或烃流体中，或者在另一个非限制性实施例中通过热降解或水解(施加热或不施加热)、破坏构成覆盖物的材料的聚合物链之间的交联键，来除去抑制或阻止形状记忆多孔材料恢复到其膨胀位置或过早展开的覆盖物。聚氨酯泡沫材料可以通过将化学反应物的两个分开的部分合并和使它们在一起反应来形成。这些两个分开的部分在本文中称作异氰酸酯部分和多元醇部分。异氰酸酯部分可以包含基于单体二异氰酸酯或多异氰酸酯的改性异氰酸酯(MI)或改性二苯基甲烷二异氰酸酯(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-或多官能的羟基封端预聚物。 水可以作为多元醇部分的一部分包括在内并且可以充当发泡剂以在由异氰酸酯和水的反应(在将异氰酸酯部分和多元醇部分合并时)产生二氧化碳时提供多孔泡沫结构。在一个非限制性实施方案中，异氰酸酯部分可以含有由Bayer销售的改性MDI MONDUR PC或由BASF销售的MDI预聚物LUPRANATE 5040，而多元醇部分可以含有(1)由 Stahl USA以商业名称PC-1667销售的聚(环脂族碳酸酯)多元醇；(2)由Alfa Aesar销售的三官能羟基交联剂三羟甲基丙烷(TMP) ； (3)由Albemarle以商业名称ETHAOTRE 300 销售的芳族二胺链增长剂二甲硫基甲苯二胺(DMTDA) ； (4)由Air Products以商业名称 P0LYCAT 77销售的催化剂；(5)由Air Product以商业名称DABCO DC198销售的表面活性剂；(6)由Degussa以商业名称0RTEG0L 501销售的开孔剂，(7)由Milliken Chemical以商业名称REACTINT Violet X80LT销售的着色剂；和(8)水。在一个非限制性实施方案中，化学反应物的两个分开的部分(本文称作异氰酸酯部分和多元醇部分)之比根据它们各自的当量可以化学配平到接近于1 1。异氰酸酯部分的当量由NCO (异氰酸酯)内含物(本文称作改性MDI MONDUR PC)的百分数计算并且含有25. 8重量％的NC0。其它异氰酸酯例如BASF销售的MDI预聚物Lupranate 5040 (含有 26.3重量％的0)也是可接受的。多元醇部分的当量通过将多元醇部分中所有反应性组分的当量加在一起进行计算，其包括多元醇例如PC-1667、水、分子交联剂例如TMP和链增长剂例如DMTDA。成品聚氨酯泡沫的玻璃化转变温度可以通过异氰酸酯和多元醇的不同组合进行调节。一般而言，异氰酸酯部分越多，获得的Tg越高。链增长剂，即由Albemarle以商业名称ETHAOTRE 300销售的二甲硫基甲苯二胺 (DMTDA)，是提供增强的高温性能的液体芳族二胺固化剂。其它合适的链增长剂包括但不限于由Chemtura以商业名称VIBRA-CURE A 133 HS销售的4，4，-亚甲基双(2-氯苯胺)即“M0CA”，和由Air Products以商业名称VERSALINK 740M销售的三亚甲基二醇二对氨基苯甲酸酯即“MCDEA”。在某些实施方案中，纳入胺系催化剂或金属基催化剂以获得聚氨酯泡沫材料的良好性能。这类催化剂可从例如Air Products的公司购得。提供聚氨酯泡沫材料的特别良好性能的合适催化剂包括但不必限于五甲基二亚丙基三胺，由Air Products 以商业名称P0LYCAT 77销售的胺系催化剂，和二月桂酸二丁基锡，由Air Products以商业名称DABCO T-12销售的金属基催化剂。可以将少量表面活性剂(如总重量的0. 5% )，例如由Air Products以商业名称 DABCO DC-198销售的表面活性剂以及少量开孔剂(如总重量的0. 5% )，例如由Degussa以商业名称 0RTEG0L 500、0RTEG0L 50UTEG0STAB B8935、TEG0STAB B8871 和 TEG0STAB B8934销售的开孔剂加入到配方中以控制泡沫的胞孔结构、分布和开孔率。DABCO DC-198是来自 Air Products的有机硅系表面活性剂。其它合适的表面活性剂包括但不必限于由DuPont 以商业名称ZONYL 8857A和ZONYL FS0-100销售的含氟表面活化剂。可以在多元醇部分中加入着色剂以提供成品的所需颜色。这类着色剂可从例如以商业名称REACTINT销售合适着色剂的Milliken Chemical的公司购得。
在制备异氰酸酯部分和多元醇部分之后，将它们在所需温度下合并或混合在一起。将这两个部分合并时的温度影响所得聚氨酯泡沫材料内胞孔尺寸的程度。例如，混合物的较高温度提供较大的胞孔尺寸而混合物的较低温度提供较小的胞孔尺寸。在一个特定但非限制性的实施方案中，将包括聚(环脂族碳酸酯)和其它添加剂例如交联剂、链增长剂、表面活性剂、开孔剂、着色剂、水和催化剂的多元醇部分在与异氰酸酯部分合并之前预加热到90°C。将异氰酸酯部分与多元醇部分合并，并即可引发发泡反应， 混合物的粘度快速提高。由于混合物的高粘度和快速的反应速率，推荐合适的混合器以形成聚氨酯泡沫材料。虽然存在许多专门为两部分式聚氨酯泡沫加工所设计的可商购完全自动混合器，但是发现例如具有单或双叶片的KITCHENAID 型混合器的混合器起到特别好的作用。在大规模混合中，发现打蛋器式混合器和钻式机(drill press)起到特别好的作用。在将异氰酸酯和多元醇部分进行混合中，混合物中包括的异氰酸酯和多元醇的量应该根据它们的当量进行化学配平。在一个特定的非限制性实施方案中，将大于5%当量的异氰酸酯与多元醇部分合并。在一个实施方案中，异氰酸酯和聚碳酸酯多元醇之比以重量计为约1 1。可以将46. Og的PC-1667聚(环脂族碳酸酯)聚碳酸酯与2. 3g的TMP交联剂、3. 6g的DMTDA链增长剂、0. 9g 的 DABCO DC-198 表面活性剂、0. 4g 的 0RTEG0L 501 开孔剂、0. Ig 的 REACTINT VioletX80LT着色剂、0. Olg的P0LYCAT 77催化剂和0. 7g的水发泡剂合并以形成多元醇部分。将该多元醇部分预加热到90°c并且在KITCHENAID ·型单叶片混合器中与46. Og 的MDI MONDUR PC混合。如本领域普通技术人员所应认识到的，这些配方可按比例放大以形成较大体积的这种形状记忆材料。可以将含有异氰酸酯部分和多元醇部分的混合物混合约10秒钟，然后将其注入到模具中并且通过将顶部金属板置于模具上而立刻使该模具密闭。由于由发泡过程产生的明显量的压力，可以使用C形夹具将顶部金属板和模具保持在一起以防止混合物的任何泄露。在室温下约2小时后，可以将包括模具和C形夹具的聚氨酯泡沫材料置于烘箱内部并且在110°C的温度下“后固化”约8小时从而使该聚氨酯泡沫材料达到其充分强度。在冷却至室温后，使该聚氨酯泡沫材料充分固化使得可以取除模具。然后，在该阶段的聚氨酯泡沫材料将几乎总是包括在该聚氨酯泡沫外表面上的“表皮(Skin)”层。该“表皮”是当混合物与模具表面接触时形成的固体聚氨酯塑料层。发现表皮的厚度取决于加入到混合物中的水的浓度。过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。在一个非限制性的解释中，表皮的形成被认为是由混合物中的异氰酸酯和模具表面上的水分之间的反应引起的。因此，需要额外的机械加工(conversion)方法除去表皮，这是因为在大多数情形中所述表皮不呈让流体从中流过的多孔性。可以使用工具例如带锯、斜切锯、芯锯(core saw)、弓锯和车床除去表皮。在从聚氨酯泡沫材料除去表皮之后，其可具有完全开孔结构，即刚性、强硬和坚韧的开孔结构。 在该时刻，聚氨酯泡沫材料处于具有原始或膨胀厚度的其原始膨胀形状。聚氨酯泡沫材料的Tg通过动态力学分析(DMA)由损耗模量即G”的峰值测量为94. 4°C。可能够在温度125. 0°C下于限制性(confining)模具中将聚氨酯泡沫材料机械压缩到原始厚度或体积的至少25%。在仍处于压缩状态时，将该材料冷却至室温。形状记忆聚氨酯泡沫甚至在除去所施加的机械力之后能够处于压缩状态。在一个非限制性变化形式中，当将该材料加热到约88°C时，其能够在20分钟内恢复到其原始形状。然而，当将相同材料加热到约65°C 并持续约40小时时，其根本不膨胀或改变其形状。在另一个非限制性实施方案中，异氰酸酯和聚碳酸酯多元醇之比以重量计为约 1.5 1。可以将34. Ig的PC-1667聚(环脂族碳酸酯)聚碳酸酯与2. 3g的TMP交联剂、 10. 4g的DMTDA链增长剂、0. 8g的DABCO DC-198表面活性剂、0. 4g的0RTEG0L 501开孔剂、 0. Ig的REACTINT Violet X80LT着色剂、0. Olg的P0LYCAT 77催化剂和0. 7g的水发泡剂合并以形成多元醇部分。将该多元醇部分预加热到90°C并且在KITCHENAID ·型单叶片混合器中与5i. 2g WMDIMONDUR PC混合。如本领域普通技术人员所应认识到的，这些配方可按比例放大以形成较大体积的这种形状记忆材料。可以将含有异氰酸酯部分和多元醇部分的混合物混合约10秒钟，然后将其注入到模具中并且通过将顶部金属板置于模具上而立刻将该该模具密闭。由于由发泡过程产生的明显量的压力，可以使用C形夹具或其它装置将顶部金属板和模具保持在一起以防止混合物的任何泄露。在约2小时后，可以将包括模具和C形夹具的聚氨酯泡沫材料转移到烘箱中并且在110°C的温度下“后固化”约8小时从而使该聚氨酯泡沫材料达到其充分强度。 在冷却至室温后，使该聚氨酯泡沫材料充分固化以使得可以去除模具。该聚氨酯泡沫材料的Tg可以通过DMA由损耗模量即G”的峰值测量为117. 0°C。如所可以认识到的，以重量计异氰酸酯比多元醇多的聚氨酯泡沫产生较高的玻璃化转变温度。以重量计异氰酸酯比多元醇少的聚氨酯泡沫产生较低的Tg。通过配制异氰酸酯和多元醇的不同组合，可以获得形状记忆聚氨酯泡沫的不同玻璃化转变温度。具有特定 Tg的形状记忆聚氨酯泡沫材料的组成可以基于实际井下部署(employment)/应用温度进行配制。通常，将形状记忆聚氨酯泡沫的Tg设计得比实际井下部署/应用温度高约20°C。因为应用温度低于Tg，所述材料保持良好的机械性能。在一个非限制性实施方案中，可以在高于玻璃化转变温度将形状记忆聚氨酯泡沫以管状进行液压压缩，然后在其仍处在压缩力下时将其冷却至充分低于Tg的温度或室温。 在除去压力之后，该形状记忆聚氨酯泡沫能够保持处于压缩状态或形状。在一个非限制性实施方案中，然后可以用从IdroplaX，S.r. I. , Italy以商业名称HT-350商购的(PVA)膜紧密包裹该管状的压缩形状记忆聚氨酯材料。在另一个非限制性实施方案中，该管状的压缩形状记忆聚氨酯材料可以辊涂有流体热降解性聚氨酯树脂的层，所述聚氨酯树脂通过将70 重量份的液体异氰酸酯例如来自Bayer的MONDUR PC和30重量份的液体聚酯多元醇例如来自Chemtura的FOMREZ 45合并来形成。在另一个非限制性实施方案中，可以将该管状的压缩形状记忆聚氨酯泡沫材料浸在含有液体聚氨酯混合物并同时缓慢旋转的盘内。在约5 分钟内，将逐渐形成(build up)约1.5mm厚度的聚氨酯涂料层。可以在室温下固化这种聚氨酯涂层约8小时。在一个非限制性的变化形式中，如果该材料处于固化过程的同时保持旋转则有助于避免树脂的任何滴落。可以在聚氨酯混合物中加入约0. 的催化剂例如来自Air Products的P0LYCAT 77以加速固化过程。参考图1和2，在操作中，将具有包括形状记忆多孔材料32的过滤装置30的管柱 20下入到由井眼套管52所限定的井眼50中到达所需位置。如图1中所示，形状记忆材料 32具有压缩的下入厚度34和外部延迟膜、覆盖物或涂层40。在足够量的延迟膜、覆盖物或涂覆材料40溶解或分解之后，即在延迟膜、覆盖物或涂覆材料40溶解或分解使得压缩的形状记忆材料32中贮存的能量大于由所述延迟材料提供的压缩力后，形状记忆多孔材料32 从下入或压缩位置(图1)膨胀到具有膨胀厚度36的膨胀或设定位置(图2)。在这样进行时，形状记忆材料32与井眼套管52的内壁表面54接合，因此防止从地层产出不期望的固体物，仅允许烃流体流经过滤装置30。另外，在本文描述到过滤装置与钻孔“完全顺应”时，是指形状记忆多孔材料膨胀或展开从而填充一直到钻孔壁的可用空间。钻孔壁将限制形状记忆多孔材料的最终膨胀形状并且实际上不允许其 膨胀到其原始膨胀位置或形状。然而以这种方式，多孔的膨胀或展开的形状记忆材料可允许从地下地层产出的烃穿过井眼，但是可阻止或抑制产出小或细的固体，这是因为它们通常将过大而不能穿过所述多孔材料的开孔。应当理解，本发明不限于所显示和描述的构造、操作、具体材料或实施方案的具体细节，因为修饰和等效对于本领域技术人员而言将是明显的。相应地，本发明因此仅由所附权利要求书的范围所限制。另外，认为说明书是说明性含义而不是限制性含义。例如，落入所请求保护的参数内、但是没有以特定方法或设备进行具体确实或试验的制备聚氨酯/脲热塑材料的具体组分组合、具体井下工具构造和其它组合、组分和结构预期在本发明的范围内。权利要求中的术语“包括”和“包含”应该解释为是指包括但不限于所叙述的构件。本发明可以适宜地包括公开的要素、由公开的要素组成或基本上由公开的要素组成，并且可以在没有公开的要素不存在时进行实施。
权利要求
1.一种井眼过滤装置，该井眼过滤装置包括形状记忆多孔材料，所述形状记忆多孔材料具有压缩位置和膨胀位置，其中使所述形状记忆多孔材料在低于其玻璃化转变温度的温度下维持处于压缩位置，其中所述形状记忆多孔材料在其被加热到高于其玻璃化转变温度的温度时从其压缩位置膨胀到其膨胀位置。
2.权利要求1的过滤装置，其中所述形状记忆多孔材料包含聚氨酯泡沫。
3.权利要求2的过滤装置，其中所述聚氨酯泡沫材料通过将聚碳酸酯多元醇与多异氰酸酯混合形成。
4.权利要求1的过滤装置，其中所述形状记忆多孔材料具有用选自流体溶解性聚合物膜、流体热降解性塑料层和它们的组合的覆盖物覆盖的外表面。
5.一种制造井眼过滤装置的方法，该方法包括(a)将含有异氰酸酯的异氰酸酯部分与含有多元醇的多元醇部分混合形成开孔聚氨酯泡沫材料，该开孔聚氨酯泡沫材料具有原始膨胀体积；(b)将所述聚氨酯泡沫材料在高于其玻璃化转变温度Tg的温度下压缩以使原始膨胀体积降低到压缩的下入体积；(c)将该压缩的聚氨酯泡沫材料的温度降低到低于Tg的温度，在该温度该聚氨酯泡沫材料维持其压缩的下入体积；并且(d)用选自流体溶解性聚合物膜、流体热降解性塑料层和它们的组合的覆盖物覆盖该压缩的聚氨酯泡沫材料的外表面。
6.权利要求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.权利要求5的方法，其中所述多元醇部分包含聚碳酸酯多元醇。
8.权利要求5的方法，其中所述多元醇部分包含链增长剂。
9.权利要求8的方法，其中所述链增长剂包含芳族二胺。
10.权利要求5的方法，其中所述多元醇部分包含水、链增长剂以及选自胺系催化剂、 金属基催化剂和其混合物的催化剂。
11.权利要求5的方法，其中所述多元醇部分包含水、链增长剂、催化剂和表面活性剂。
12.权利要求11的方法，其中所述表面活性剂还包含开孔剂。
13.权利要求5的方法，其中将所述多元醇部分在与异氰酸酯部分合并之前预加热到至少90°C。
14.权利要求5的方法，其中步骤(a)还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的温度下加热所述聚氨酯泡沫材料。
15.权利要求5的方法，其中步骤(a)包含将当量的异氰酸酯部分和多元醇部分混合。
16.权利要求5的方法，其中步骤(a)包括将异氰酸酯部分和多元醇部分在混合器中混合至少约10秒钟并且在室温下使所述聚氨酯泡沫材料在模具中固化至少约2小时。
17.权利要求16的方法，其中步骤(a)还包括在使所述聚氨酯泡沫材料固化后，在至少约110°C的温度下加热所述聚氨酯泡沫材料至少约8小时。
18.一种将井眼过滤装置安装在地层中的井下工具上的方法，该方法包括(a)将井下工具稳固到射孔管柱，所述井下工具包括含有形状记忆多孔材料的过滤装置，所述形状记忆多孔材料具有压缩下入位置和原始膨胀位置，其中使所述形状记忆多孔材料在低于该形状记忆多孔材料的玻璃化转变温度下维持处在压缩下入位置，处于其压缩下入位置的所述形状记忆多孔材料存在具有覆盖物的外表面，所述覆盖物选自流体溶解性聚合物膜、流体降解性聚氨酯塑料或流体降解性聚酯塑料的层以及它们的组合； (b)将所述井下工具下入到井眼中； (C)使所述覆盖物和形状记忆多孔材料与流体接触；(d)所述覆盖物被该流体除去；(e)所述形状记忆多孔材料从其压缩下入位置膨胀到抵靠着井眼的膨胀位置。
19.权利要求18的方法，该方法还包括(f)通过井眼从地层中产出烃，其中所述处于膨胀位置的形状记忆多孔材料防止从地层产出不期望的固体物但允许产出期望的烃。
20.权利要求18的方法，其中所述流体是水。
21.权利要求18的方法，其中所述流体是油。
22.权利要求18的方法，其中所述形状记忆多孔材料包含通过将聚碳酸酯多元醇与多异氰酸酯混合形成的聚氨酯。
全文摘要
过滤装置可以包括具有压缩下入位置或形状和原始膨胀位置或形状的形状记忆材料。该形状记忆材料可以包括在低于玻璃化转变温度(Tg)的温度下保持处于压缩下入位置的开孔的多孔刚性聚氨酯泡沫材料。该泡沫材料在其压缩下入位置中可以覆盖有流体溶解性聚合物膜和/或流体降解性塑料层。一旦将所述过滤装置置于井下并且在一定温度下与液体接触给定时间量，则该装置可以膨胀并且完全顺应钻孔从而阻止从地层产出不期望的固体物。
文档编号E21B43/08GK102224321SQ200980146678
公开日2011年10月19日 申请日期2009年10月7日 优先权日2008年10月13日
发明者P·M·莫塞尔弗雷施, P·段 申请人:贝克休斯公司