封隔器、密封系统及密封方法
【专利摘要】一种密封系统，其包括：本体；与本体可操作连接的至少一个可膨胀部件，该至少一个可膨胀部件构造为膨胀成与靠近本体的结构密封接合的状态；以及与本体可操作连接的至少一个形状记忆部件，且该至少一个形状记忆部件构造成响应转变刺激因素来增加自身至少一个尺寸，以使所述至少一个形状记忆部件与所述本体和所述结构两者接触，该至少一个形状记忆部件还构造成支撑所述至少一个可膨胀部件以克服迫使其相对所述本体和所述结构中的至少一个移动的压力。
【专利说明】封隔器、密封系统及密封方法
[0001]相关申请的交叉参照
[0002]本申请要求2012年4月18日提交的美国专利申请N0.13/450070的权益。以上提到的专利申请内容通过整体引用被并入本发明的说明书。
【技术领域】
[0003]几乎所有的管道系统有时都需要使用密封件以防止不期望的流体流动。例如，在碳封存行业、油气回收行业以及水井行业中，当试图密封环形的空间时，有时将水泥泵入该环形空间并让水泥自行硬化以实现密封。只要流向该环形空间内的所有理想位置的水泥流不被中断，则该方法通常是效果良好的。然而使用管道系统的这些以及其他的行业一直乐于接受形成密封的替代的系统和方法。
【发明内容】
[0004]本文公开的是一种密封系统。该密封系统包括:本体；和本体可操作连接的至少一个可膨胀部件，该至少一个可膨胀部件构造成膨胀成与靠近本体的结构密封接合的状态；以及与本体可操作连接的至少一个形状记忆部件，并且该至少一个形状记忆部件构造成响应转变刺激因素来增加其至少一个尺寸，以使该至少一个形状记忆部件与所述本体和所述结构两者接触，该至少一个形状记忆部件还构造成克服迫使所述至少一个可膨胀部件相对所述本体和所述结构中的至少一个移动的压力而支撑所述至少一个可膨胀部件。
[0005]本申请还公开了一种将本体密封至结构的方法。该方法包括:将本体靠近结构布置；使布置在本体处的可膨胀部件膨胀成与所述结构接合的状态；改变布置在本体处的形状记忆部件的尺寸至其与所述结构成接合的状态；最后将所述本体密封至所述结构。
[0006]本申请还公开了一种封隔器。该封隔器包括:可布置在钻孔内的管道；围绕所述管道布置的多个可膨胀部件，并且该多个可膨胀部件构造成膨胀成与所述钻孔密封接合的状态；以及围绕所述管道而与所述多个可膨胀部件纵向交替布置的方式布置的多个形状记忆部件，该多个形状记忆部件构造成在改变了其尺寸之后在所述管道和所述钻孔之间变成受压的状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下文的描述不应该被认为对本发明有任何的限制。借助参考附图显示的内容，类似的元件使用类似的附图标记表示:
[0008]图1是本申请公开的密封系统的剖视图；
[0009]图2是本申请公开的密封系统的替代的实施例的剖视图；
[0010]图3是本申请公开的密封系统的另一个替代的实施例的剖视图。
【具体实施方式】
[0011]通过借助参考附图所示示例并且非限制的方式，本文展示了所公开的装置和方法的一个或更多个实施例的详细的描述。
[0012]参考图1和2,本申请公开的密封系统的实施例用附图标记10表示。该密封系统10包括:本体14，在这些实施例中该本体显示为管道；围绕本体14布置的可膨胀部件18 ；以及也围绕本体14布置的形状记忆部件22。密封系统10的本体14、可膨胀部件18和形状记忆部件22可作为组合件部署。密封系统10可以靠近结构26布置，诸如在例如井下处理工业中使用密封系统10时，将其布置在地下岩层中的钻孔内，或者将密封系统布置在油气回收操作中的钻井内。当暴露至环境中时可膨胀部件18是可膨胀的，该环境可以例如是通过干预人为产生的，或者是在系统10要部署的位置处自然产生的。可膨胀部件18的膨胀足以使可膨胀部件18密封至结构26。形状记忆部件22构造成当暴露至转变刺激因素(例如，温度、电磁辐射、电流、磁场、PH等转变刺激因素)时就改变其形状。形状记忆部件22构造成使系统10和结构26之间最初具有间隙，但当暴露至所述转变刺激因素时源于形状记忆部件22的尺寸30的增大而使形状记忆部件与结构26接触。
[0013]在附图中显示的实施例中，将可膨胀部件18和形状记忆部件22两者都布置在限定在本体14和结构26之间的环形空间34内。当可膨胀部件18膨胀时其与结构26可密封接合。尽管可膨胀部件18可以由多种材料构造成，但聚合物材料已显示出具有显著的膨胀量，并且具有贴合例如可能存在于结构26上的不规则表面的能力，例如，如果结构26是地下岩层中的钻孔的情况。这样的贴合能力是有利于密封的。然而，可能产生的大量的膨胀也会导致材料被削弱，使得材料可能由于作用在其上的力(例如响应不均匀分布在可膨胀部件18上的压力)而易于挤出或损坏。将形状记忆部件22靠近可膨胀部件18布置使形状记忆部件22能够作为屏障而支撑可膨胀部件18以阻止其挤出。通过使形状记忆部件22跨越的尺寸(在这些实施例中是沿环形空间34的径向尺寸)和可膨胀部件18相同，使得在形状记忆部件22和结构26之间不存在能够使可膨胀部件18挤出的间隙。此外，在本体14和结构26之间的形状记忆部件22的受压状态提供了其与本体和所述结构相关的储能接合，由此增加了可由形状记忆部件22支持的挤压力。
[0014]有几种材料已经被发现有形状记忆的特性，因此像这样的材料能够应用于形状记忆部件22。聚合物泡沫材料就是一种这样的材料。聚合物泡沫材料已经被发现能够响应暴露特定的转变刺激因素而显著地改变自身的尺寸，因此像这样的材料是形状记忆部件22的优良备选材料。然而，一些这样的泡沫材料具有开孔结构，所述开孔结构能够允许流体渗透通过。本申请公开的系统10的可膨胀部件18和形状记忆部件22的组合共同提供了两者单独不能提供的有益效果。可膨胀部件18提供了有效的密封以阻止流体由此流出，同时形状记忆部件22提供了对可膨胀部件18的结构支撑以阻止可膨胀部件挤出或损坏，如果可膨胀部件挤出或损坏，则会导致流体由此泄露。
[0015]参考图3，本申请公开的密封系统的替代实施例用附图标记110表示。系统110与系统10在使用的可膨胀部件18和形状记忆部件22的数量方面不同。尽管附图显示了在系统110中使用了四个可膨胀部件18和四个形状记忆部件22，但应该理解的是可以使用任何实际数量的可膨胀部件18和形状记忆部件22，以及使用可膨胀部件18和形状记忆部件22的任何交替布置方式的变化。使用多个可膨胀部件18和形状记忆部件22存在几个好处。一个好处是存在冗余度。也就是，如果可膨胀部件18和形状记忆部件22中的一个失效，其他的部件则能够维持完整的密封，并维持系统110的功能。另一个好处是相比较于系统10，系统110可以承受更大程度的压力不均匀分布。此外，由于一些可膨胀部件18在其纵向两侧都布置有形状记忆部件22中的一个形状记忆部件，因此对这些特定的可膨胀部件18提供了双向的支撑。
[0016]尽管借助参考示例性实施例已经对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该理解的是，对于本发明的元件可以做出多种改变和替换成功能等效件，而不脱离本发明的范围。此外，可以对本发明的技术方案做出很多改进以适应具体的情况或材料而不脱离本发明的基本范围。因此，要说明的是，本发明不局限于作为考虑用于实施本发明的最佳模式的公开的具体的实施例，而且本发明将包括落在权利要求范围内的所有实施例。此外，在附图和说明书中，已经公开了本发明的示例性实施例，而且，尽管可能已经使用了特定的术语，但除非另有说明，这些术语仅用于表示概括性的和描述性的意义，而不做限制用，因此本发明的范围不受此局限。此外，第一、第二等术语的使用并不表示任何顺序或重要性的差别，而是用于将一个元件和另一个元件区别开。此外，“一”、“一个”等术语的使用并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个涉及的物件。
【权利要求】
1.一种密封系统，所述密封系统包括: 本体； 与所述本体可操作连接的至少一个可膨胀部件，所述至少一个可膨胀部件构造成膨胀为与靠近所述本体的结构密封接合；以及 与所述本体可操作连接的至少一个形状记忆部件，所述至少一个形状记忆部件构造成响应暴露至转变刺激因素而增加自身的至少一个尺寸，以使所述至少一个形状记忆部件与所述结构接触，所述至少一个形状记忆部件还构造成克服迫使所述至少一个可膨胀部件相对于所述本体和所述结构中的至少一个运动的压力而支撑所述至少一个可膨胀部件。
2.根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述本体是管道。
3.根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述至少一个可膨胀部件和所述至少一个形状记忆部件布置在所述本体和所述结构之间的环形空间内。
4.根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述结构是钻孔。
5.根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述至少一个可膨胀部件由聚合物制成。
6.根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述至少一个形状记忆部件由泡沫制成。
7.根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述至少一个形状记忆部件由聚合物制成。
8.根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述至少一个可膨胀部件是至少两个可膨胀部件，并且，所述至少一个形状记忆部件纵向地布置在所述至少两个可膨胀部件之间。
9.根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述至少一个形状记忆部件是至少两个形状记忆部件，并且，所述至少一个可膨胀部件纵向地布置在所述至少两个形状记忆部件之间。
10.根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述转变刺激因素是预期存在于井下的或通过干预产生的环境因素。
11.根据权利要求1所述的密封系统，其中，所述至少一个可膨胀部件构造成响应暴露至预期存在于井下或通过干预产生的环境因素而膨胀。
12.—种将本体密封至结构的方法，其包括: 将本体靠近所述结构布置； 使布置在所述本体处的可膨胀部件膨胀成与所述结构接合； 改变布置在所述本体处的形状记忆部件的尺寸以使所述形状记忆部件与所述结构接合；以及 将所述本体密封至所述结构。
13.根据权利要求12所述的将本体密封至结构的方法，其中，将本体靠近结构布置包括将所述本体下入钻孔中。
14.根据权利要求12所述的将本体密封至结构的方法，其中，通过干预的手段，或响应将所述可膨胀部件暴露至井下的环境因素而使所述可膨胀部件膨胀。
15.根据权利要求12所述的将本体密封至结构的方法，其中，通过干预的手段，或响应将所述形状记忆部件暴露至井下的环境因素来改变所述形状记忆部件的尺寸。
16.根据权利要求12所述的将本体密封至结构的方法，还包括利用所述形状记忆部件支撑所述可膨胀部件而防止所述可膨胀部件挤出。
17.—种封隔器,其包括: 可布置于钻孔中的管道； 围绕所述管道布置的多个可膨胀部件，所述多个可膨胀部件构造成膨胀为与所述钻孔密封地接合；以及 围绕所述管道而与所述多个可膨胀部件纵向交替布置的方式布置的多个形状记忆部件，所述多个形状记忆部件构造成在改变了自身的尺寸后在所述管道和所述钻孔之间变成受压的状态。
【文档编号】E21B33/122GK104246117SQ201380020475
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月13日 优先权日:2012年4月18日
【发明者】B·M·理查德 申请人:贝克休斯公司