用于非弹性体O形圈、密封堆叠和垫片的可膨胀金属的制作方法

本公开涉及将可膨胀金属用作非弹性体o形圈、密封堆叠和垫片，并且更具体地，涉及将可膨胀金属用作井下工具中的非弹性体o形圈、密封堆叠和垫片以用于在暴露于卤水之后形成密封。

背景技术：

除其他原因外，诸如o形圈、密封堆叠和垫片的密封元件可以用于在井下工具中和周围形成密封。这些密封元件可以限制密封界面处的流体和/或压力连通。在钻井、完井和生产的所有阶段，形成密封可以是井筒作业的重要部分。

o形圈、密封堆叠和垫片是密封元件的类型。垫片通常是填充两个或更多个配合表面之间的空间的机械密封件。垫片可以由许多类型的材料制成，但是通常由在被压缩时允许变形的材料(例如弹性体)生产。

o形圈是一种机械垫片，其形状为圆形并具有圆形横截面。通常，o形圈位于两个或更多个相邻部件之间的凹槽或切口中。当被压缩时，o形圈扩大到任何周围的空隙空间中，以在o形圈的界面处形成密封。

密封叠堆是成形为与密封叠堆中的相邻密封元件一起配对的叠堆或密封元件。密封叠堆可以用于形成动态密封或用于实现使用单个密封元件不可能实现的密封布置。密封叠堆内的个别密封元件可以用于激励密封叠堆内的相邻密封元件。

许多种密封元件包括弹性体材料以形成密封。弹性体材料(诸如橡胶)在高盐度和/或高温环境中可能降解。此外，弹性体密封元件可能会随着时间的流逝而失去弹性，从而导致故障或需要重复更换。用作密封元件的一些材料可能还需要精密加工，以确保优化密封元件的界面处的表面接触。因此，没有良好的表面光洁度(例如，具有切口、间隙等的粗糙或不规则表面)的材料可能无法被这些材料充分密封。

如果密封元件例如由于高盐度和/或高温环境引起的降级而失效，则可能必须停止井筒作业，从而导致生产时间损失，并且需要额外的支出来减轻损坏并校正失效的密封元件。

附图说明

下文参考附图详细地描述了本公开的说明性示例，附图以引用的方式并入本文中并且在附图中：

图1是根据本文中公开的示例的两个密封元件o形圈和挡圈的示例的等轴视图；

图2是根据本文中公开的示例的多种垫片密封元件的等轴视图；

图3是根据本文中公开的示例的设置在流入控制装置周围的垫片的横截面视图；

图4是根据本文中公开的示例的设置在两个相邻的井下工具之间的间隙中的密封堆叠的等轴视图；

图5示出了根据本文中公开的示例的包括密封堆叠并且设置在井下工具中的封闭机构的横截面视图；

图6是根据本文中公开的示例的包括粘合剂的密封元件的一部分的横截面视图，所述粘合剂具有分散在其中的可膨胀金属；

图7是示出根据本文中公开的示例的两个样品可膨胀金属棒和一根油管的俯视图的照片；

图8是示出根据本文中公开的示例的插入到该根油管中的图7的样品可膨胀金属棒的侧视图，并且还示出样品可膨胀金属棒与该根油管之间的挤压间隙的照片；

图9是示出根据本文中公开的示例的在将该根油管密封之后的图7和图8的膨胀的样品可膨胀金属棒的侧视图的照片；

图10是绘制根据本文中公开的示例的实验的部分的压力与时间的图表，在该实验中图9的油管内的压力升高到足以将膨胀的金属棒从油管中逐出的压力；

图11是示出根据本文中公开的示例的设置在塑料油管的部分内的几个样品金属棒在膨胀之前的等轴视图的照片；以及

图12是示出根据本文中公开的示例的已膨胀到足以使图11的塑料油管的部分破裂的程度的膨胀的样品金属棒的等轴视图的照片。

所示附图仅仅是示例性的，并且不旨在主张或暗示关于其中可以实施不同示例的环境、架构、设计或工艺的任何限制。

具体实施方式

本公开涉及将可膨胀金属用作非弹性体o形圈、密封堆叠和垫片，更具体地，涉及将可膨胀金属用作井下工具中的非弹性体o形圈、密封堆叠和垫片以用于在暴露于卤水之后形成密封。

除非另外指示，否则在本说明书和相关联的权利要求书中所使用的表示成分的数量、性质(诸如分子量)、反应条件等的所有数字应当理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则以下说明书和所附权利要求书中所阐述的数值参数都是近似值，所述近似值可以根据本发明的示例要寻求获得的所需性质而变化。在最低限度上，且不试图将等同原则的应用限制于权利要求的范围，每个数字参数应至少根据所报道的有效位的数目并通过应用一般舍入方法来解释。应注意，当“约”在数字列表的开头时，“约”修饰数值列表中的每个数字。另外，在范围内的一些数值列表中，列出的一些下限可能大于列出的一些上限。本领域技术人员将认识到，所选择的子集将要求选择超过所选择的下限的上限。

本文中描述的方法和系统的示例涉及包括可膨胀金属的非弹性体密封元件的使用。如本文中所使用的，“密封元件”是指o形圈、密封堆叠、垫片或它们的组合。可膨胀金属可能在卤水中膨胀，并在密封元件与相邻表面的界面处形成密封。“膨胀”、“膨胀的”或“可膨胀的”是指可膨胀金属的体积增大。有利地，非弹性体密封元件可以用于粗加工的表面、腐蚀的表面或3-d打印的零件上。另一个优点是可膨胀金属可以在高盐度和/或高温环境中膨胀，在所述环境中使用弹性体材料(诸如橡胶)可能表现较差。可膨胀金属包括多种金属和金属合金，并且可以通过形成金属氢氧化物而膨胀。可膨胀金属密封元件可以用作井下工具中的其他类型的密封元件(即，不可膨胀的金属密封元件、弹性体密封元件等)的替代物，或者用作井下工具中的其他类型的密封元件的备用物。

可膨胀金属通过在卤水存在的情况下下进行金属水合反应以形成金属氢氧化物而膨胀。金属氢氧化物比碱金属反应物占据更多的空间。体积的这种扩大允许可膨胀金属在可膨胀金属与任何相邻表面的界面处形成密封。例如，一摩尔镁的摩尔质量为24g/mol并且密度为1.74g/cm³，这导致体积为13.8cm³/mol。氢氧化镁的摩尔质量为60g/mol并且密度为2.34g/cm³，这导致体积为25.6cm³/mol。25.6cm³/mol在体积上比13.8cm³/mol大85％。作为另一示例，一摩尔钙的摩尔质量为40g/mol并且密度为1.54g/cm³，这导致体积为26.0cm³/mol。氢氧化钙的摩尔质量为76g/mol并且密度为2.21g/cm³，这导致体积为34.4cm³/mol。34.4cm³/mol在体积上比26.0cm³/mol大32％。作为又一示例，一摩尔铝的摩尔质量为27g/mol并且密度为2.7g/cm³，这导致体积为10.0cm³/mol。氢氧化铝的摩尔质量为63g/mol并且密度为2.42g/cm³，这导致体积为26cm³/mol。26cm³/mol在体积上比10cm³/mol大160％。可膨胀金属包括可以进行水合反应以形成体积比碱金属或金属合金反应物更大的金属氢氧化物的任何金属或金属合金。

用于可膨胀金属的合适金属的示例包括但不限于：镁、钙、铝、铁、镍、铜、铬、锡、锌、铅、铍、金、银、锂、钠、钾、铷、铯、锶、钡、镓、铟、铊、铋、钪、钛、钒、锰、钴、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、镨、镧、铪、钽、钨、铽、铼、锇、铱、铂、钕、钆、铒，或它们的任何组合。优选的金属包括镁、钙和铝。

用于可膨胀金属的合适的金属合金的示例包括但不限于以下各者的任何合金：镁、钙、铝、铁、镍、铜、铬、锡、锌、铅、铍、金、银、锂、钠、钾、铷、铯、锶、钡、镓、铟、铊、铋、钪、钛、钒、锰、钴、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、镨、镧、铪、钽、钨、铽、铼、锇、铱、铂、钕、钆和铒。优选的金属合金包括镁-锌-锆或铝-镍的合金。在一些示例中，金属合金可以包括非金属的合金元素。这些非金属元素的示例包括但不限于石墨、碳、硅、氮化硼等。在一些示例中，金属被合金化以增加反应性或控制氧化物的形成。

在一些示例中，金属合金还与促进腐蚀或抑制钝化的掺杂剂金属形成合金并因此增加氢氧化物形成。掺杂剂金属的示例包括但不限于镍、铁、铜、碳、钛、镓、汞、钴、铱、金、钯或它们的任何组合。

在可膨胀金属包括金属合金的示例中，金属合金可以由固溶工艺或粉末冶金工艺生产。包括金属合金的密封元件可以由金属合金的生产工艺或通过金属合金的后续加工来形成。

如本文中所使用，术语“固溶体”是指由单一熔体形成的合金，其中合金(例如，镁合金)中的所有成分一起熔化成铸件。随后可以对铸件进行挤压、锻造、成斜脊或加工以形成用于可膨胀金属的密封元件的期望形状。优选地，合金化成分均匀地分散在整个金属合金中，但在不脱离本公开的范围的情况下可以存在颗粒内夹杂物。应当理解，合金化粒子的分散可能会发生一些细微的变化，但是优选的是，该分散使得产生金属合金的均匀固溶体。固溶体是一种或多种溶质在溶剂中的固态溶液。当通过添加溶质使溶剂的晶体结构保持不变时，并且当混合物保持为单一均相时，这种混合物被认为是溶液而不是化合物。

粉末冶金工艺通常包括获得或生产粉末形式的可熔合金基体。然后将粉末状的可熔合金基体放置在模具中或与至少一种其他类型的粒子混合，然后放置到模具中。对模具施加压力以将粉末粒子压紧在一起，使它们融合以形成可以用作可膨胀金属的固体材料。

在一些替代示例中，可膨胀金属包括氧化物。作为示例，氧化钙在高能反应中与水反应以生成氢氧化钙。1摩尔的氧化钙占9.5cm³，而1摩尔的氢氧化钙占34.4cm³，这是260％的体积扩大。金属氧化物的示例包括本文中公开的任何金属的氧化物，所述金属包括但不限于：镁、钙、铝、铁、镍、铜、铬、锡、锌、铅、铍、金、银、锂、钠、钾、铷、铯、锶、钡、镓、铟、铊、铋、钪、钛、钒、锰、钴、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、镨、镧、铪、钽、钨、铽、铼、锇、铱、铂、钕、钆、铒，或它们的任何组合。

应该理解的是，所选择的可膨胀金属将被选择为使得形成的密封元件不会降解成卤水。因此，在可膨胀金属中使用形成相对不溶于水的水合产物的金属或金属合金可以是优选的。例如，氢氧化镁和氢氧化钙在水中的溶解度较低。替代地或另外地，密封元件可以定位在井下工具中，使得向卤水的降解由于设置密封元件的区域的几何形状而受限制，并因此导致密封元件的暴露减少。例如，设置密封元件的区域的体积小于可膨胀金属的扩大体积。在一些示例中，该区域的体积小于扩大体积的50％之多。替代地，可以设置密封元件的区域的体积可以小于扩大体积的90％，小于扩大体积的80％，小于扩大体积的70％或小于扩大体积的60％。

在一些示例中，金属水合反应可以包括中间步骤，其中金属氢氧化物是小粒子。当被局限时，这些小粒子可能锁定在一起以形成密封。因此，可能存在中间步骤，在该步骤中可膨胀金属在成为固体金属与形成密封的步骤之间形成一系列细粒子。

在一些替代示例中，将可膨胀金属分散到粘合剂材料中。粘合剂可以是可降解的或不可降解的。在一些示例中，粘合剂可以是可水解降解的。粘合剂可以是可膨胀的或不可膨胀的。如果粘合剂是可膨胀的，则粘合剂可以是遇油膨胀的、遇水膨胀的或遇油和遇水膨胀的。在一些示例中，粘合剂可以是多孔的。在一些替代示例中，粘合剂可以不是多孔的。粘合剂的一般示例包括但不限于橡胶、塑料和弹性体。粘合剂的具体示例可以包括但不限于聚乙烯醇、聚乳酸、聚氨酯、聚乙醇酸、丁腈橡胶、异戊二烯橡胶、ptfe、硅酮、氟弹性体、乙烯基橡胶和peek。在一些实施方案中，分散的可膨胀金属可以是从机械加工过程获得的切屑。

在一些示例中，由可膨胀金属形成的金属氢氧化物可以在足够的膨胀压力下脱水。例如，如果金属氢氧化物阻止来自额外的氢氧化物形成的运动，则在某些示例中，可能产生升高的压力，所述压力可以使金属氢氧化物脱水。该脱水可能导致由可膨胀金属形成金属氧化物。作为示例，氢氧化镁可以在足够的压力下脱水以形成氧化镁和水。作为另一示例，氢氧化钙可以在足够的压力下脱水以形成氧化钙和水。作为又一示例，氢氧化铝可以在足够的压力下脱水以形成氧化铝和水。可膨胀金属的氢氧化物形式的脱水可以允许可膨胀金属形成额外的金属氢氧化物并继续膨胀。

密封元件可以用于在密封元件与相邻的粗糙表面光洁度部件的界面处形成密封。如本文中所使用，“粗糙表面光洁度”是在将要发生密封的区域处不均匀或不一致的表面光洁度。粗糙表面光洁度包括具有任何类型的凹痕或凸起的表面，例如，包括裂痕、间隙、麻点、凹坑、孔、草皮痕等的表面。另外，通过增材制造生产的部件(例如3-d打印的部件)可以与密封元件一起使用以形成密封。增材制造的部件可能不涉及精密加工，并且在一些示例中可能包括粗糙表面光洁度。密封元件可以扩大以填充并密封具有粗糙表面光洁度的不完美区域，从而允许在通常不能用弹性体密封元件密封的表面之间形成密封。此外，粗糙表面光洁度部件也可能比具有精密加工光洁度的同类部件更便宜。有利地，密封元件也可以用于在密封元件与不规则表面部件的界面处形成密封。例如，可以密封制造成分段的或由嵌接接头、对接接头、拼接接头等分开的部件，并且可膨胀金属的水合过程可以用于封闭不规则表面中的间隙。因此，可膨胀金属密封元件可以是难以密封的表面的可行的密封选项。

如上所述，密封元件是由可膨胀金属生产，并且因此除了还包括用于可膨胀金属的弹性体粘合剂的特定示例之外，是非弹性体材料。作为非弹性体材料，密封元件不具有弹性，并且因此密封元件在与卤水接触时不可逆地膨胀。即使在去除与卤水的接触之后，密封元件也不会恢复到其原始尺寸或形状。在包括弹性体粘合剂的示例中，弹性体粘合剂可以恢复到其原始尺寸或形状；然而，分散在其中的任何可膨胀金属将不会。

卤水可以是盐水(例如，其中溶解有一种或多种盐的水)、饱和盐水(例如，从地下地层产生的盐水)、海水、淡水或它们的任何组合。通常，卤水可以来自任何来源。卤水可以是一价卤水或二价卤水。合适的一价卤水可以包括例如氯化钠卤水、溴化钠卤水、氯化钾卤水、溴化钾卤水等。合适的二价卤水可以包括例如氯化镁卤水、氯化钙卤水、溴化钙卤水等。在一些示例中，卤水的盐度可以超过10％。在所述示例中，弹性体密封元件的使用可能受到影响。有利地，本公开的可膨胀金属密封元件不受与高盐度卤水的接触影响。在受益于本公开的情况下，本领域技术人员应该能够易于为所选应用选择卤水。

密封元件可以用于高温地层中，例如，用于具有温度等于或超过350℉的区的地层中。在这些高温地层中，弹性体密封元件的使用可能受到影响。有利地，本公开的可膨胀金属密封元件不受在高温地层中的使用影响。在一些示例中，本公开的密封元件可以用于高温地层中以及与高盐度卤水一起使用。在具体示例中，可膨胀金属密封元件可以用于通过在与盐度为10％或更大的卤水接触之后并且还在设置在温度等于或超过350℉的井筒区中时膨胀而为井下工具形成密封。

图1是两个密封元件o形圈5和挡圈10的示例的等轴视图。o形圈5包括如本文中公开和描述的可膨胀金属。挡圈10包括如本文中公开和描述的可膨胀金属。在一些替代示例中，挡圈10可以是用于不包括可膨胀金属的密封元件的挡圈。o形圈5和挡圈10可以放置在导管20的外部的凹槽15中。导管20可以是在井筒中使用的任何类型的导管，包括钻杆、卡钻管、油管、连续油管等。o形圈5和挡圈10也可以用在任何井下工具或任一件井筒设备上，并且可以替代井下工具或一件井筒设备中使用的任何弹性体o形圈或挡圈。当暴露于卤水时，o形圈5和挡圈10可以膨胀并在o形圈5或挡圈10与任何相邻表面(包含包括粗糙表面光洁度和/或为不规则的相邻表面)的界面处形成密封。在替代示例中，o形圈5和挡圈10可以包括其中分散有可膨胀金属的粘合剂。粘合剂可以是本文中公开的任何粘合剂。

图2是称作垫片(通常为25)的多种密封元件的等轴视图。垫片25可以包括各种形状，包括圆形、矩形、正方形、椭圆形等。垫片25可以包括各种横截面形状，包括圆形、矩形、正方形、椭圆形等。此外，垫片25可以包括可以允许将垫片25放置在螺栓或其他连接构件上方的切口部分，所述螺栓或其他连接构件可以设置在相邻部件的轮廓中。在一些示例中，垫片25可以包括间隙、切口、接头和/或分段的部分。垫片25包括如本文中公开和描述的可膨胀金属。垫片25可以用在任何井下工具或任一件井筒设备上，并且可以替代在井下工具或一件井筒设备中使用的任何弹性体垫片。当暴露于卤水时，垫片25可以膨胀并在垫片25与任何相邻表面(包含包括粗糙表面光洁度和/或为不规则的相邻表面)的界面处形成密封。在替代示例中，垫片25可以包括其中分散有可膨胀金属的粘合剂。粘合剂可以是本文中公开的任何粘合剂。

图3是设置在流入控制装置30周围的垫片25的横截面视图。当暴露于卤水时，垫片25可以膨胀并在流入控制装置30的流动路径31中形成密封。该密封可以防止或减少井筒流体流入到井筒导管33的内部32中。流入控制装置30可以是任何流入控制装置、自主流入控制装置或本领域已知的其他流量限制。因此，垫片25可以防止井筒流体流入到井筒导管33的内部32中，而无需首先流过流入控制装置30的内部。

图4是设置在两个相邻的井下工具45之间的间隙40中的密封堆叠(通常为35)的等轴视图。密封堆叠35包括成形的密封元件50和多个v形填料密封件55。成形的密封元件50包括如本文中公开和描述的可膨胀金属。成形的密封元件50被成形为与v形填料密封件55相互作用并激励v形填料密封件55。v形填料密封件55可以包括弹性体材料。密封堆叠35可以与具有密封堆叠的任何井下工具45或任一件井筒设备一起使用，并且可以替代在所述井下工具45或所述一件井筒设备中使用的任何传统的密封叠堆。当暴露于卤水时，成形的密封元件50可以膨胀并接触v形填料密封件55，从而激励所述填料密封件以在其相应界面处形成密封。在替代示例中，成形的密封元件50可以包括其中分散有可膨胀金属的粘合剂。粘合剂可以是本文中公开的任何粘合剂。

图5是设置在井下工具中的封闭机构(通常为100)的横截面视图。封闭机构100包括密封堆叠(通常为105)。密封堆叠105包括成形的密封元件110，所述成形的密封元件可以用于激励在第一圆柱形密封表面115和第二圆柱形密封表面120处的金属对金属密封。此外，成形的密封元件110可以密封第一可膨胀金属密封表面125和第二可膨胀金属密封表面130。除了成形的密封元件110之外，密封堆叠105还包括金属对金属密封元件140。成形的密封元件110包括如本文中公开和描述的可膨胀金属。成形的密封元件110被成形为与金属对金属密封元件140相互作用并激励金属对金属密封元件140。金属对金属密封元件140可以包括如本文中公开的可膨胀金属，或者可以不包括可膨胀金属，并且因此如果暴露于卤水则可能不会膨胀。金属对金属密封元件140包括金属臂145和150。当暴露于卤水时，成形的密封元件110可以膨胀并向金属对金属密封元件140施加压力，通过使金属臂145和150径向向外偏置以在第一圆柱形密封表面115和第二圆柱形密封表面120的相应界面处形成金属对金属密封来激励金属对金属密封元件140。此外，成形的密封元件110可以在第一可膨胀金属密封表面125和第二可膨胀金属密封表面130处形成金属对金属密封。在替代示例中，成形的密封元件110可以包括其中分散有可膨胀金属的粘合剂。粘合剂可以是本文中公开的任何粘合剂。

图6是密封元件(通常为200)的一部分的横截面视图，所述密封元件包括粘合剂205并且具有分散在其中的可膨胀金属210。如图所示，可膨胀金属210可以分散在粘合剂205内。分散可以是均匀的或不均匀的。可以使用任何合适的方法将可膨胀金属210分散在粘合剂205内。粘合剂205可以是如本文中所描述的任何粘合剂材料。粘合剂205可以是非膨胀的、遇油膨胀的、遇水膨胀的，或者遇油和遇水膨胀的。粘合剂205可以是可降解的。粘合剂205可以是多孔的或无孔的。可以使用包括粘合剂205并具有分散在其中的可膨胀金属210的密封元件200来代替本文中描述的和在任何附图中所示的任何密封元件。在一个实施方案中，可膨胀金属210可以被机械地压缩，并且粘合剂205可以期望的形状被浇铸在压缩的可膨胀金属210的周围。

应当清楚地理解，由图1至图6所示的示例实际上仅仅是本公开的原理的一般应用，并且广泛多种其他示例是可能的。因此，本公开的范围不以任何方式限于本文中描述的任何附图的细节。

还应当认识到，所公开的密封元件还可以直接或间接地影响在操作期间可能与密封元件接触的各种井下设备和工具。这类设备和工具可以包括但不限于井筒套管、井筒衬管、完井管柱、插入管柱、钻柱、连续油管、细钢丝绳、电缆、钻杆、钻铤、泥浆马达、井下马达和/或泵、地面安装马达和/或泵、定心器、涡流器(turbolizer)、刮泥器、浮子(例如，浮靴、浮箍、浮阀等)、测井工具以及相关遥测设备、致动器(例如，机电装置、水力机械装置等)、滑动套筒、生产套筒、塞子、筛子、过滤器、流量控制装置(例如，流入控制装置、自主流入控制装置、流出控制装置等)、联轴器(例如，电动液压湿连接件、干连接件、电感耦合器等)、控制线路(例如，电线、光纤线路、液压线路等)、监视线路、钻头和扩孔器、传感器或分布式传感器、井下换热器、阀门和对应的致动装置、工具密封件、封隔器(packer)、水泥塞、桥塞以及其他井筒隔离装置或部件等等。这些部件中的任一者都可以包括在上文大体上描述并且在任何附图中所示的系统中。

提供了根据本公开和所示附图的用于在井筒中形成密封的方法。一种示例性方法包括提供选自由o形圈、垫片或密封堆叠组成的组的可膨胀金属密封元件；其中所述可膨胀金属密封元件设置在井下工具中或其周围，所述井下工具设置在井筒中。所述方法还包括将所述可膨胀金属密封元件暴露于卤水并允许或致使允许所述可膨胀金属密封元件膨胀。

另外地或替代地，所述方法可以单独地或以组合包括以下特征中的一者或多者。所述可膨胀金属密封元件可以包括选自由镁、钙、铝和它们的任何组合组成的组的金属。所述可膨胀金属密封元件可以包括金属合金，所述金属合金包括选自由镁、钙、铝和它们的任何组合组成的组的金属。所述井下工具可以包括与所述可膨胀金属密封元件相邻的密封表面；其中所述密封表面在与所述可膨胀金属密封元件相邻的所述密封表面的区域处包括凹痕或凸起。所述井下工具可以包括与所述可膨胀金属密封元件相邻的密封表面；其中所述密封表面包括区段、嵌接接头、对接接头、拼接接头或它们的组合。所述井下工具可以包括与所述可膨胀金属密封元件相邻的密封表面；其中所述密封表面是通过增材制造来生产。所述可膨胀金属密封元件可以包括粘合剂。所述可膨胀金属密封元件可以包括金属氧化物。所述井下工具可以设置在温度大于350℉的井筒区中。所述卤水可以包括大于10％的盐度。所述井下工具可以是流入控制装置。

提供了根据本公开和所示附图的用于在井筒中形成密封的可膨胀金属密封元件。一种示例性可膨胀金属密封元件包括可膨胀金属密封堆叠，所述可膨胀金属密封堆叠包括：密封元件；其中所述密封元件不是可膨胀金属密封元件；以及与所述密封元件相邻的可膨胀金属密封元件。

另外地或替代地，所述可膨胀金属密封元件可以单独地或以组合包括以下特征中的一者或多者。所述可膨胀金属密封元件可以包括选自由镁、钙、铝和它们的任何组合组成的组的金属。所述可膨胀金属密封元件可以包括金属合金，所述金属合金包括选自由镁、钙、铝和它们的任何组合组成的组的金属。所述密封元件可以是被构造为由所述可膨胀金属密封元件激励的弹性体v形填料密封件。所述密封元件可以是被构造为由所述可膨胀金属密封元件激励以形成金属对金属密封的金属密封元件。所述可膨胀金属密封元件可以包括粘合剂。所述可膨胀金属密封元件可以包括金属氧化物。

提供了根据本公开和所示附图的用于减少到管道中的流体连通的系统。一种示例性系统包括：流入控制装置，所述流入控制装置包括在环空与管道的内部之间的流动路径；所述管道，所述管道联接到所述流入控制装置；以及可膨胀金属密封元件，所述可膨胀金属密封元件至少部分设置在所述流动路径中。

另外地或替代地，所述系统可以单独地或以组合包括以下特征中的一者或多者。所述可膨胀金属密封元件可以包括选自由镁、钙、铝和它们的任何组合组成的组的金属。所述可膨胀金属密封元件可以包括金属合金，所述金属合金包括选自由镁、钙、铝和它们的任何组合组成的组的金属。所述可膨胀金属密封元件可以包括粘合剂。所述可膨胀金属密封元件可以包括金属氧化物。所述流入控制装置可以设置在温度大于350℉的井筒区中。所述流入控制装置工具可以包括与所述可膨胀金属密封元件相邻的密封表面；其中所述密封表面在与所述可膨胀金属密封元件相邻的所述密封表面的区域处包括凹痕或凸起。所述流入控制装置可以包括与所述可膨胀金属密封元件相邻的密封表面；其中所述密封表面包括区段、嵌接接头、对接接头、拼接接头或它们的组合。所述流入控制装置可以包括与所述可膨胀金属密封元件相邻的密封表面；其中所述密封表面是通过增材制造来生产。

示例

通过参考以说明的方式提供的以下示例，可以更好地理解本公开。本公开不限于本文中提供的示例。

示例1

示例1示出了在卤水存在的情况下测试可膨胀金属的膨胀的概念验证实验。包括通过固溶制造工艺形成的镁合金的示例性可膨胀金属被制备成一对直径为0.5"的1"长的金属棒。将所述棒放置到内径为0.625"的一根油管中。将所述棒暴露于20％的氯化钾卤水并允许所述棒膨胀。图7是示出两个样品可膨胀金属棒和一根油管的俯视图的照片。图8是示出插入到该根油管中的图7的样品可膨胀金属棒的侧视图，并且还示出样品可膨胀金属棒与该根油管之间的挤压间隙的照片。

在膨胀之后，油管样品保持300psi的压力而无泄漏。需要600psi的压力来迫使可膨胀金属在油管中移动。因此，在没有任何支撑的情况下，可膨胀金属示出为在油管中形成密封，并以1/8”的挤压间隙保持300psi。图9是示出在将该根油管密封之后的图7和图8的膨胀的样品可膨胀金属棒的侧视图的照片。图10是绘制实验的部分的压力与时间的图表，在该实验中图9的油管内的压力升高到足以将膨胀的金属棒从油管中逐出的压力。

作为视觉演示，将相同的金属棒放置在pvc管中，暴露于20％的氯化钾卤水，并允许所述金属棒膨胀。可膨胀金属使pvc管破裂。图11是示出设置在塑料油管的部分内的几个样品金属棒在膨胀之前的等轴视图的照片。图12是示出已膨胀到足以使图11的塑料油管的部分破裂的程度的膨胀的样品金属棒的等轴视图的照片。

提出了结合本文中公开的示例的一个或多个说明性示例。为了清楚起见，本申请中没有描述或示出实际实现方式的所有特征。因此，所公开的系统和方法非常适合获得所提到的目标和优势以及本发明固有的那些目标和优势。上文中公开的特定示例仅仅是说明性的，因为本公开的教导可以受益于本文中的教导的本领域技术人员明白的不同但等效的方式进行修改和实践。此外，除了在所附权利要求书中所描述的之外，无意限于本文示出的构造或设计的细节。因此，显而易见的是，可以更改、组合或修改上文公开的特定说明性示例，并且所有这样的变化都被认为在所公开的主题的范围内。本文中说明性地公开的系统和方法可以合适地在本文未中具体公开的任何要素和/或本文中公开的任何可选要素不存在的情况下实践。

尽管已详细描述本公开及其优点，但应理解，在不脱离如由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替代和更改。