封隔器、密封系統(tǒng)及密封方法
【專利摘要】一種密封系統(tǒng)，其包括：本體；與本體可操作連接的至少一個(gè)可膨脹部件，該至少一個(gè)可膨脹部件構(gòu)造為膨脹成與靠近本體的結(jié)構(gòu)密封接合的狀態(tài)；以及與本體可操作連接的至少一個(gè)形狀記憶部件，且該至少一個(gè)形狀記憶部件構(gòu)造成響應(yīng)轉(zhuǎn)變刺激因素來(lái)增加自身至少一個(gè)尺寸，以使所述至少一個(gè)形狀記憶部件與所述本體和所述結(jié)構(gòu)兩者接觸，該至少一個(gè)形狀記憶部件還構(gòu)造成支撐所述至少一個(gè)可膨脹部件以克服迫使其相對(duì)所述本體和所述結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)移動(dòng)的壓力。
【專利說(shuō)明】封隔器、密封系統(tǒng)及密封方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參照
[0002]本申請(qǐng)要求2012年4月18日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/450070的權(quán)益。以上提到的專利申請(qǐng)內(nèi)容通過(guò)整體引用被并入本發(fā)明的說(shuō)明書。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]幾乎所有的管道系統(tǒng)有時(shí)都需要使用密封件以防止不期望的流體流動(dòng)。例如，在碳封存行業(yè)、油氣回收行業(yè)以及水井行業(yè)中，當(dāng)試圖密封環(huán)形的空間時(shí)，有時(shí)將水泥泵入該環(huán)形空間并讓水泥自行硬化以實(shí)現(xiàn)密封。只要流向該環(huán)形空間內(nèi)的所有理想位置的水泥流不被中斷，則該方法通常是效果良好的。然而使用管道系統(tǒng)的這些以及其他的行業(yè)一直樂(lè)于接受形成密封的替代的系統(tǒng)和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文公開的是一種密封系統(tǒng)。該密封系統(tǒng)包括:本體；和本體可操作連接的至少一個(gè)可膨脹部件，該至少一個(gè)可膨脹部件構(gòu)造成膨脹成與靠近本體的結(jié)構(gòu)密封接合的狀態(tài)；以及與本體可操作連接的至少一個(gè)形狀記憶部件，并且該至少一個(gè)形狀記憶部件構(gòu)造成響應(yīng)轉(zhuǎn)變刺激因素來(lái)增加其至少一個(gè)尺寸，以使該至少一個(gè)形狀記憶部件與所述本體和所述結(jié)構(gòu)兩者接觸，該至少一個(gè)形狀記憶部件還構(gòu)造成克服迫使所述至少一個(gè)可膨脹部件相對(duì)所述本體和所述結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)移動(dòng)的壓力而支撐所述至少一個(gè)可膨脹部件。
[0005]本申請(qǐng)還公開了一種將本體密封至結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括:將本體靠近結(jié)構(gòu)布置；使布置在本體處的可膨脹部件膨脹成與所述結(jié)構(gòu)接合的狀態(tài)；改變布置在本體處的形狀記憶部件的尺寸至其與所述結(jié)構(gòu)成接合的狀態(tài)；最后將所述本體密封至所述結(jié)構(gòu)。
[0006]本申請(qǐng)還公開了一種封隔器。該封隔器包括:可布置在鉆孔內(nèi)的管道；圍繞所述管道布置的多個(gè)可膨脹部件，并且該多個(gè)可膨脹部件構(gòu)造成膨脹成與所述鉆孔密封接合的狀態(tài)；以及圍繞所述管道而與所述多個(gè)可膨脹部件縱向交替布置的方式布置的多個(gè)形狀記憶部件，該多個(gè)形狀記憶部件構(gòu)造成在改變了其尺寸之后在所述管道和所述鉆孔之間變成受壓的狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]下文的描述不應(yīng)該被認(rèn)為對(duì)本發(fā)明有任何的限制。借助參考附圖顯示的內(nèi)容，類似的元件使用類似的附圖標(biāo)記表示:
[0008]圖1是本申請(qǐng)公開的密封系統(tǒng)的剖視圖；
[0009]圖2是本申請(qǐng)公開的密封系統(tǒng)的替代的實(shí)施例的剖視圖；
[0010]圖3是本申請(qǐng)公開的密封系統(tǒng)的另一個(gè)替代的實(shí)施例的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]通過(guò)借助參考附圖所示示例并且非限制的方式，本文展示了所公開的裝置和方法的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)的描述。
[0012]參考圖1和2,本申請(qǐng)公開的密封系統(tǒng)的實(shí)施例用附圖標(biāo)記10表示。該密封系統(tǒng)10包括:本體14，在這些實(shí)施例中該本體顯示為管道；圍繞本體14布置的可膨脹部件18 ；以及也圍繞本體14布置的形狀記憶部件22。密封系統(tǒng)10的本體14、可膨脹部件18和形狀記憶部件22可作為組合件部署。密封系統(tǒng)10可以靠近結(jié)構(gòu)26布置，諸如在例如井下處理工業(yè)中使用密封系統(tǒng)10時(shí)，將其布置在地下巖層中的鉆孔內(nèi)，或者將密封系統(tǒng)布置在油氣回收操作中的鉆井內(nèi)。當(dāng)暴露至環(huán)境中時(shí)可膨脹部件18是可膨脹的，該環(huán)境可以例如是通過(guò)干預(yù)人為產(chǎn)生的，或者是在系統(tǒng)10要部署的位置處自然產(chǎn)生的?？膳蛎洸考?8的膨脹足以使可膨脹部件18密封至結(jié)構(gòu)26。形狀記憶部件22構(gòu)造成當(dāng)暴露至轉(zhuǎn)變刺激因素(例如，溫度、電磁輻射、電流、磁場(chǎng)、PH等轉(zhuǎn)變刺激因素)時(shí)就改變其形狀。形狀記憶部件22構(gòu)造成使系統(tǒng)10和結(jié)構(gòu)26之間最初具有間隙，但當(dāng)暴露至所述轉(zhuǎn)變刺激因素時(shí)源于形狀記憶部件22的尺寸30的增大而使形狀記憶部件與結(jié)構(gòu)26接觸。
[0013]在附圖中顯示的實(shí)施例中，將可膨脹部件18和形狀記憶部件22兩者都布置在限定在本體14和結(jié)構(gòu)26之間的環(huán)形空間34內(nèi)。當(dāng)可膨脹部件18膨脹時(shí)其與結(jié)構(gòu)26可密封接合。盡管可膨脹部件18可以由多種材料構(gòu)造成，但聚合物材料已顯示出具有顯著的膨脹量，并且具有貼合例如可能存在于結(jié)構(gòu)26上的不規(guī)則表面的能力，例如，如果結(jié)構(gòu)26是地下巖層中的鉆孔的情況。這樣的貼合能力是有利于密封的。然而，可能產(chǎn)生的大量的膨脹也會(huì)導(dǎo)致材料被削弱，使得材料可能由于作用在其上的力(例如響應(yīng)不均勻分布在可膨脹部件18上的壓力)而易于擠出或損壞。將形狀記憶部件22靠近可膨脹部件18布置使形狀記憶部件22能夠作為屏障而支撐可膨脹部件18以阻止其擠出。通過(guò)使形狀記憶部件22跨越的尺寸(在這些實(shí)施例中是沿環(huán)形空間34的徑向尺寸)和可膨脹部件18相同，使得在形狀記憶部件22和結(jié)構(gòu)26之間不存在能夠使可膨脹部件18擠出的間隙。此外，在本體14和結(jié)構(gòu)26之間的形狀記憶部件22的受壓狀態(tài)提供了其與本體和所述結(jié)構(gòu)相關(guān)的儲(chǔ)能接合，由此增加了可由形狀記憶部件22支持的擠壓力。
[0014]有幾種材料已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)有形狀記憶的特性，因此像這樣的材料能夠應(yīng)用于形狀記憶部件22。聚合物泡沫材料就是一種這樣的材料。聚合物泡沫材料已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)能夠響應(yīng)暴露特定的轉(zhuǎn)變刺激因素而顯著地改變自身的尺寸，因此像這樣的材料是形狀記憶部件22的優(yōu)良備選材料。然而，一些這樣的泡沫材料具有開孔結(jié)構(gòu)，所述開孔結(jié)構(gòu)能夠允許流體滲透通過(guò)。本申請(qǐng)公開的系統(tǒng)10的可膨脹部件18和形狀記憶部件22的組合共同提供了兩者單獨(dú)不能提供的有益效果?？膳蛎洸考?8提供了有效的密封以阻止流體由此流出，同時(shí)形狀記憶部件22提供了對(duì)可膨脹部件18的結(jié)構(gòu)支撐以阻止可膨脹部件擠出或損壞，如果可膨脹部件擠出或損壞，則會(huì)導(dǎo)致流體由此泄露。
[0015]參考圖3，本申請(qǐng)公開的密封系統(tǒng)的替代實(shí)施例用附圖標(biāo)記110表示。系統(tǒng)110與系統(tǒng)10在使用的可膨脹部件18和形狀記憶部件22的數(shù)量方面不同。盡管附圖顯示了在系統(tǒng)110中使用了四個(gè)可膨脹部件18和四個(gè)形狀記憶部件22，但應(yīng)該理解的是可以使用任何實(shí)際數(shù)量的可膨脹部件18和形狀記憶部件22，以及使用可膨脹部件18和形狀記憶部件22的任何交替布置方式的變化。使用多個(gè)可膨脹部件18和形狀記憶部件22存在幾個(gè)好處。一個(gè)好處是存在冗余度。也就是，如果可膨脹部件18和形狀記憶部件22中的一個(gè)失效，其他的部件則能夠維持完整的密封，并維持系統(tǒng)110的功能。另一個(gè)好處是相比較于系統(tǒng)10，系統(tǒng)110可以承受更大程度的壓力不均勻分布。此外，由于一些可膨脹部件18在其縱向兩側(cè)都布置有形狀記憶部件22中的一個(gè)形狀記憶部件，因此對(duì)這些特定的可膨脹部件18提供了雙向的支撐。
[0016]盡管借助參考示例性實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，對(duì)于本發(fā)明的元件可以做出多種改變和替換成功能等效件，而不脫離本發(fā)明的范圍。此外，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出很多改進(jìn)以適應(yīng)具體的情況或材料而不脫離本發(fā)明的基本范圍。因此，要說(shuō)明的是，本發(fā)明不局限于作為考慮用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的公開的具體的實(shí)施例，而且本發(fā)明將包括落在權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。此外，在附圖和說(shuō)明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，而且，盡管可能已經(jīng)使用了特定的術(shù)語(yǔ)，但除非另有說(shuō)明，這些術(shù)語(yǔ)僅用于表示概括性的和描述性的意義，而不做限制用，因此本發(fā)明的范圍不受此局限。此外，第一、第二等術(shù)語(yǔ)的使用并不表示任何順序或重要性的差別，而是用于將一個(gè)元件和另一個(gè)元件區(qū)別開。此外，“一”、“一個(gè)”等術(shù)語(yǔ)的使用并不表示對(duì)數(shù)量的限制，而是表示存在至少一個(gè)涉及的物件。
【權(quán)利要求】
1.一種密封系統(tǒng)，所述密封系統(tǒng)包括: 本體； 與所述本體可操作連接的至少一個(gè)可膨脹部件，所述至少一個(gè)可膨脹部件構(gòu)造成膨脹為與靠近所述本體的結(jié)構(gòu)密封接合；以及 與所述本體可操作連接的至少一個(gè)形狀記憶部件，所述至少一個(gè)形狀記憶部件構(gòu)造成響應(yīng)暴露至轉(zhuǎn)變刺激因素而增加自身的至少一個(gè)尺寸，以使所述至少一個(gè)形狀記憶部件與所述結(jié)構(gòu)接觸，所述至少一個(gè)形狀記憶部件還構(gòu)造成克服迫使所述至少一個(gè)可膨脹部件相對(duì)于所述本體和所述結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)的壓力而支撐所述至少一個(gè)可膨脹部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中，所述本體是管道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)可膨脹部件和所述至少一個(gè)形狀記憶部件布置在所述本體和所述結(jié)構(gòu)之間的環(huán)形空間內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)是鉆孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)可膨脹部件由聚合物制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)形狀記憶部件由泡沫制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)形狀記憶部件由聚合物制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)可膨脹部件是至少兩個(gè)可膨脹部件，并且，所述至少一個(gè)形狀記憶部件縱向地布置在所述至少兩個(gè)可膨脹部件之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)形狀記憶部件是至少兩個(gè)形狀記憶部件，并且，所述至少一個(gè)可膨脹部件縱向地布置在所述至少兩個(gè)形狀記憶部件之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)變刺激因素是預(yù)期存在于井下的或通過(guò)干預(yù)產(chǎn)生的環(huán)境因素。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)可膨脹部件構(gòu)造成響應(yīng)暴露至預(yù)期存在于井下或通過(guò)干預(yù)產(chǎn)生的環(huán)境因素而膨脹。
12.—種將本體密封至結(jié)構(gòu)的方法，其包括: 將本體靠近所述結(jié)構(gòu)布置； 使布置在所述本體處的可膨脹部件膨脹成與所述結(jié)構(gòu)接合； 改變布置在所述本體處的形狀記憶部件的尺寸以使所述形狀記憶部件與所述結(jié)構(gòu)接合；以及 將所述本體密封至所述結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的將本體密封至結(jié)構(gòu)的方法，其中，將本體靠近結(jié)構(gòu)布置包括將所述本體下入鉆孔中。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的將本體密封至結(jié)構(gòu)的方法，其中，通過(guò)干預(yù)的手段，或響應(yīng)將所述可膨脹部件暴露至井下的環(huán)境因素而使所述可膨脹部件膨脹。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的將本體密封至結(jié)構(gòu)的方法，其中，通過(guò)干預(yù)的手段，或響應(yīng)將所述形狀記憶部件暴露至井下的環(huán)境因素來(lái)改變所述形狀記憶部件的尺寸。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的將本體密封至結(jié)構(gòu)的方法，還包括利用所述形狀記憶部件支撐所述可膨脹部件而防止所述可膨脹部件擠出。
17.—種封隔器,其包括: 可布置于鉆孔中的管道； 圍繞所述管道布置的多個(gè)可膨脹部件，所述多個(gè)可膨脹部件構(gòu)造成膨脹為與所述鉆孔密封地接合；以及 圍繞所述管道而與所述多個(gè)可膨脹部件縱向交替布置的方式布置的多個(gè)形狀記憶部件，所述多個(gè)形狀記憶部件構(gòu)造成在改變了自身的尺寸后在所述管道和所述鉆孔之間變成受壓的狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】E21B33/122GK104246117SQ201380020475
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月18日
【發(fā)明者】B·M·理查德 申請(qǐng)人:貝克休斯公司