形成用于井下应用的改性热塑性结构的方法，以及相关井下工具的制作方法

形成用于井下应用的改性热塑性结构的方法，以及相关井下工具的制作方法
【专利说明】形成用于井下应用的改性热塑性结构的方法，从及相关井下 工具
[0001 ]优先权要求
[0002] 本申请要求2013年03月13日提交的题目为"形成用于井下应用的改性热塑性结构 的方法，W及相关井下工具"的美国专利(专利号No. 13/798,886)的优先权。
技术领域
[0003] 本公开的实施例总体设及形成用于井下应用的结构的方法，W及设及相关的井下 工具。更具体地，本公开的实施例设及形成用于井下应用的改性热塑性结构的方法，W及相 关的井下工具。
【背景技术】
[0004] 井眼形成在地下地层中用于各种用途，包括例如从地下地层中提取油和气W及从 地下地层中提取地热。井眼可W表现出极强的侵蚀性环境。例如，井眼可W表现出研磨表 面，可W填充有腐蚀性化学品（例如，苛性钻井泥浆;井流体，例如盐水、原油、二氧化碳及硫 化氨等），并且可W在逐步的"井下"位置处表现出上升的高溫和高压。例如，在约5000米至 约8000米深度的井底溫度和压力经常分别高于250°C和150兆帕(MPa)。
[0005] 井眼的极具侵蚀性的环境可W快速地降解在井下各种应用(例如，钻井应用、调节 应用、测井应用、测量应用、监视应用W及探测应用等）中使用的组件、工具及结构的材料。 运种降解限制了工作效率，并且导致不希望的维修和更换成本。因此，一直需要具有能够承 受此种极具侵蚀性环境的材料构造的结构及其形成此种结构的方法。

【发明内容】

[0006] 本文所描述的实施例包括形成用于井下应用的改性热塑性结构的方法，W及井下 工具。例如，根据本文所描述的一个实施例，形成用于井下应用的改性热塑性结构的方法包 括使用电子束工艺形成包含配制用于交联的至少一种热塑性材料的热塑性结构。该热塑性 结构暴露于至少一个电子束W交联热塑性结构的聚合物链。
[0007] 在另一个实施例中，形成用于井下应用的改性热塑性结构的方法包括，使用电子 束工艺形成包括每个包括配制用于交联的至少一种热塑性材料的热塑性颗粒的热塑性粉 末。热塑性颗粒的至少一部分的聚合物链被交联W形成改性热塑性粉末。改性热塑性粉末 形成为热塑性结构。
[000引在另一个实施例中，井下工具包括至少一种包括电子束福射材料的改性热塑性结 构，其中电子束福射材料包括聚酸酬、聚酸酸酬、聚芳酸酬、聚酸酬酸酬酬、聚苯硫酸、聚苯 讽、自增强的对位聚苯、聚酷亚胺W及聚酷胺酷亚胺中的至少一种。
【附图说明】
[0009]图1是根据本公开实施例用于井下应用的组件的纵向示意图；
[0010] 图2是根据本公开实施例示出形成用于井下应用的改性热塑性结构的方法的简化 流程图；
[0011] 图3A和图3B是根据本公开实施例示出图2所示的方法的不同工艺阶段和结构的简 化透视图；
[0012] 图4是根据本公开实施例示出形成用于井下应用的改性热塑性结构的另一种方法 的简化流程图；W及
[0013] 图5A至图5D是根据本公开实施例示出图4所示的方法的不同工艺阶段和结构的简 化透视图。
【具体实施方式】
[0014] 描述了形成在井下应用中使用的改性热塑性结构的方法，还描述了用于井下工具 的热塑性结构。在一些实施例中，一种用于井下应用的改性热塑性结构的方法包括使用电 子束工艺形成包含配制用于交联的至少一种热塑性材料的热塑性结构。该热塑性结构暴露 于至少一个电子束W交联热塑性结构的至少一些聚合物链。在另外的实施例中，一种形成 用于井下应用的改性热塑性结构的方法包括使用电子束工艺形成包含配制用于交联的至 少一种热塑性材料的热塑性结构。热塑性颗粒的至少一部分的聚合物链交联形成包括改性 热塑性颗粒的改性热塑性粉末。改性热塑性粉末，W及任选地，一种或多种添加剂形成为热 塑性结构。本公开的改性热塑性结构可表现出提高的特性(例如，改进的机械强度、耐磨性、 耐热性、耐化学性等），该特性有利于改性热塑性结构在井下应用中的使用。与相应的常规 方法和结构相比，本公开的方法和结构可W增加井下应用的效率并降低成本。
[0015] W下描述提供具体细节(例如，材料类型、材料厚度和处理条件），W便提供对本公 开的实施例的详尽描述。然而，本领域的普通技术人员将理解，在不采用运些具体细节的情 况下可实践本公开的实施例。实际上，可结合业界中所采用的常规制造技术来实践本公开 的实施例。另外，W下提供的描述不形成用于制造结构、工具或组件的完整的工艺流程。下 面描述的结构不形成完整的工具或完整的组件。下文仅详细描述理解本公开的实施例所必 需的那些过程动作和结构。通过常规制造技术可W执行从各种结构形成完整的工具或完整 的组件的附加动作。也要注意的是，本申请所附的任何图仅是用于说明的目的，且因此没有 按比例绘制。另外，附图之间共有的元件可W保持相同的数字编号。
[0016] 如在此使用的，术语"包括"、"包含"、"含有"、"其特征在于"及其语法等同物是包 含性的或开放性术语，运些术语不但不排除另外的、未陈述的要素或方法步骤，而且进一步 包括更具限制性的术语"由......组成"和"基本上由...组成"及其语法等同物。如在此使 用的，关于材料、结构、特性或方法动作的术语"可表明运种方法打算用于实现本公开的 实施例，且运样的术语优选用于限制性更强的术语"是"，W便避免任何暗示，即其它的相容 材料、结构、特征W及与其结合使用的方法应该或必须被排除在外。
[0017] 如本文所用的，除非本说明书明确指出，单数形式"一"、"一个"和"该"也包括其复 数形式。
[0018] 如运里所用用语"和/或"包括一个或多个相关的所列出项目的任何组合和所有组 厶 1=1 〇
[0019] 如本文所用的，关于给定的参数、特性或条件的术语"基本上"是指在一定程度上， 本领域普通技术人员将理解，给定的参数、特性或条件满足很小程度的差异，例如在可接受 的制造公差内。
[0020] 图1是在井下应用（例如，钻井应用、调节应用、测井应用、测量应用、监视应用等） 中使用的组件100的纵向示意图。如图1所示，组件100可W被提供到地下地层104内的井眼 102中。组件100可W包括根据下文所述方法形成的至少一个改性热塑性结构106。改性热塑 性结构106可W是组件100的井下工具108的组件。井下工具108可W，例如，包括改性热塑性 结构106和至少一个另一个部件110(例如，装置，例如传感器;环，例如0形环;密封件，例如 唇形密封件;导线；电缆等）。改性热塑性结构106可W至少部分地围绕(例如，含有、保持、屏 蔽等)另一个组件110。在另外的实施例中，改性热塑性结构106可W包括组件100(例如，阀， 比如球阀）的独立结构。
[0021] 图2是简化的流程图，示出了根据本公开实施例用于井下应用的改性热塑性结构 (例如前面参考图1所述的改性热塑性结构106)的形成方法。该方法包括形成热塑性结构， W及使该热塑性结构经受电子束工艺。图2中所示的方法在下文将参考图3A和图3B进一步 详细地描述，图3A和3B是图2中所述方法的不同工艺阶段和结构的简化透视图。通过下文所 提供的说明，对本领域的普通技术人员显而易见的是，本文所述的方法可W用于各种应用 中。也就是说，该方法可在无论何时需要形成改性热塑性结构时使用。
[0022] 参考图3A，热塑性结构302可W由至少一种热塑性材料和任选地至少一种添加剂 制成。本文所用的术语"热塑性材料"是指并包括在可逆的物理过程中可W加热软化(例如 烙融)和通过冷却而硬化的聚合物材料。如下文进一步详细描述的，热塑性材料可W制备成 在经受电子束工艺时经历交联。在经受电子束工艺时，热塑性材料可W例如至少部分地转 化成热固性材料。本文所用的术语"热固性材料"是指并包括由于交联作用而在加热时不会 烙融的固体聚合物材料。合适的热塑性材料包括但不限于聚芳基甲酬(PAEK)，诸如聚酸酬 (P邸），聚酸酸酬(P邸K)、聚芳酸酬(阳KK)，和聚酸酬酸酬酬(阳KEKK);聚苯硫酸(PPS);聚苯 讽(PPSU);自加强的对位聚苯(SRP);聚酷亚胺(PI);W及聚酷胺酷亚胺(PAI)。在一些实施 例中，热塑性结构302的热塑性材料包括PEEK。如果包括，则添加剂可W是填充材料、增量剂 材料、交联剂、润滑剂、颜料、塑化剂、抗氧化剂W及另一种聚合物材料中的至少一种。合适 的添加剂的非限制性示例将在下文参考图5C进一步详细地描述。热塑性结构302可W基本 上是均质的（例如，热塑性材料可由热塑性材料组成，或者热塑性材料和添加剂可均匀地分