形成用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的方法，以及相關(guān)井下工具的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】形成用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的方法，從及相關(guān)井下 工具
[0001 ]優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年03月13日提交的題目為"形成用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu) 的方法，W及相關(guān)井下工具"的美國(guó)專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)No. 13/798,886)的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開(kāi)的實(shí)施例總體設(shè)及形成用于井下應(yīng)用的結(jié)構(gòu)的方法，W及設(shè)及相關(guān)的井下 工具。更具體地，本公開(kāi)的實(shí)施例設(shè)及形成用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的方法，W及相 關(guān)的井下工具。
【背景技術(shù)】
[0004] 井眼形成在地下地層中用于各種用途，包括例如從地下地層中提取油和氣W及從 地下地層中提取地?zé)帷＞劭蒞表現(xiàn)出極強(qiáng)的侵蝕性環(huán)境。例如，井眼可W表現(xiàn)出研磨表 面，可W填充有腐蝕性化學(xué)品（例如，苛性鉆井泥漿;井流體，例如鹽水、原油、二氧化碳及硫 化氨等），并且可W在逐步的"井下"位置處表現(xiàn)出上升的高溫和高壓。例如，在約5000米至 約8000米深度的井底溫度和壓力經(jīng)常分別高于250°C和150兆帕(MPa)。
[0005] 井眼的極具侵蝕性的環(huán)境可W快速地降解在井下各種應(yīng)用(例如，鉆井應(yīng)用、調(diào)節(jié) 應(yīng)用、測(cè)井應(yīng)用、測(cè)量應(yīng)用、監(jiān)視應(yīng)用W及探測(cè)應(yīng)用等）中使用的組件、工具及結(jié)構(gòu)的材料。 運(yùn)種降解限制了工作效率，并且導(dǎo)致不希望的維修和更換成本。因此，一直需要具有能夠承 受此種極具侵蝕性環(huán)境的材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)及其形成此種結(jié)構(gòu)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本文所描述的實(shí)施例包括形成用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的方法，W及井下 工具。例如，根據(jù)本文所描述的一個(gè)實(shí)施例，形成用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的方法包 括使用電子束工藝形成包含配制用于交聯(lián)的至少一種熱塑性材料的熱塑性結(jié)構(gòu)。該熱塑性 結(jié)構(gòu)暴露于至少一個(gè)電子束W交聯(lián)熱塑性結(jié)構(gòu)的聚合物鏈。
[0007] 在另一個(gè)實(shí)施例中，形成用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的方法包括，使用電子 束工藝形成包括每個(gè)包括配制用于交聯(lián)的至少一種熱塑性材料的熱塑性顆粒的熱塑性粉 末。熱塑性顆粒的至少一部分的聚合物鏈被交聯(lián)W形成改性熱塑性粉末。改性熱塑性粉末 形成為熱塑性結(jié)構(gòu)。
[000引在另一個(gè)實(shí)施例中，井下工具包括至少一種包括電子束福射材料的改性熱塑性結(jié) 構(gòu)，其中電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 諷、自增強(qiáng)的對(duì)位聚苯、聚酷亞胺W及聚酷胺酷亞胺中的至少一種。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例用于井下應(yīng)用的組件的縱向示意圖；
[0010] 圖2是根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例示出形成用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的方法的簡(jiǎn)化 流程圖；
[0011] 圖3A和圖3B是根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例示出圖2所示的方法的不同工藝階段和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn) 化透視圖；
[0012] 圖4是根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例示出形成用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的另一種方法 的簡(jiǎn)化流程圖；W及
[0013] 圖5A至圖5D是根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例示出圖4所示的方法的不同工藝階段和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn) 化透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 描述了形成在井下應(yīng)用中使用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的方法，還描述了用于井下工具 的熱塑性結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，一種用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的方法包括使用電 子束工藝形成包含配制用于交聯(lián)的至少一種熱塑性材料的熱塑性結(jié)構(gòu)。該熱塑性結(jié)構(gòu)暴露 于至少一個(gè)電子束W交聯(lián)熱塑性結(jié)構(gòu)的至少一些聚合物鏈。在另外的實(shí)施例中，一種形成 用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu)的方法包括使用電子束工藝形成包含配制用于交聯(lián)的至 少一種熱塑性材料的熱塑性結(jié)構(gòu)。熱塑性顆粒的至少一部分的聚合物鏈交聯(lián)形成包括改性 熱塑性顆粒的改性熱塑性粉末。改性熱塑性粉末，W及任選地，一種或多種添加劑形成為熱 塑性結(jié)構(gòu)。本公開(kāi)的改性熱塑性結(jié)構(gòu)可表現(xiàn)出提高的特性(例如，改進(jìn)的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、 耐熱性、耐化學(xué)性等），該特性有利于改性熱塑性結(jié)構(gòu)在井下應(yīng)用中的使用。與相應(yīng)的常規(guī) 方法和結(jié)構(gòu)相比，本公開(kāi)的方法和結(jié)構(gòu)可W增加井下應(yīng)用的效率并降低成本。
[0015] W下描述提供具體細(xì)節(jié)(例如，材料類(lèi)型、材料厚度和處理?xiàng)l件），W便提供對(duì)本公 開(kāi)的實(shí)施例的詳盡描述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在不采用運(yùn)些具體細(xì)節(jié)的情 況下可實(shí)踐本公開(kāi)的實(shí)施例。實(shí)際上，可結(jié)合業(yè)界中所采用的常規(guī)制造技術(shù)來(lái)實(shí)踐本公開(kāi) 的實(shí)施例。另外，W下提供的描述不形成用于制造結(jié)構(gòu)、工具或組件的完整的工藝流程。下 面描述的結(jié)構(gòu)不形成完整的工具或完整的組件。下文僅詳細(xì)描述理解本公開(kāi)的實(shí)施例所必 需的那些過(guò)程動(dòng)作和結(jié)構(gòu)。通過(guò)常規(guī)制造技術(shù)可W執(zhí)行從各種結(jié)構(gòu)形成完整的工具或完整 的組件的附加動(dòng)作。也要注意的是，本申請(qǐng)所附的任何圖僅是用于說(shuō)明的目的，且因此沒(méi)有 按比例繪制。另外，附圖之間共有的元件可W保持相同的數(shù)字編號(hào)。
[0016] 如在此使用的，術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"、"含有"、"其特征在于"及其語(yǔ)法等同物是包 含性的或開(kāi)放性術(shù)語(yǔ)，運(yùn)些術(shù)語(yǔ)不但不排除另外的、未陳述的要素或方法步驟，而且進(jìn)一步 包括更具限制性的術(shù)語(yǔ)"由......組成"和"基本上由...組成"及其語(yǔ)法等同物。如在此使 用的，關(guān)于材料、結(jié)構(gòu)、特性或方法動(dòng)作的術(shù)語(yǔ)"可表明運(yùn)種方法打算用于實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)的 實(shí)施例，且運(yùn)樣的術(shù)語(yǔ)優(yōu)選用于限制性更強(qiáng)的術(shù)語(yǔ)"是"，W便避免任何暗示，即其它的相容 材料、結(jié)構(gòu)、特征W及與其結(jié)合使用的方法應(yīng)該或必須被排除在外。
[0017] 如本文所用的，除非本說(shuō)明書(shū)明確指出，單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"和"該"也包括其復(fù) 數(shù)形式。
[0018] 如運(yùn)里所用用語(yǔ)"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列出項(xiàng)目的任何組合和所有組 厶 1=1 〇
[0019] 如本文所用的，關(guān)于給定的參數(shù)、特性或條件的術(shù)語(yǔ)"基本上"是指在一定程度上， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，給定的參數(shù)、特性或條件滿(mǎn)足很小程度的差異，例如在可接受 的制造公差內(nèi)。
[0020] 圖1是在井下應(yīng)用（例如，鉆井應(yīng)用、調(diào)節(jié)應(yīng)用、測(cè)井應(yīng)用、測(cè)量應(yīng)用、監(jiān)視應(yīng)用等） 中使用的組件100的縱向示意圖。如圖1所示，組件100可W被提供到地下地層104內(nèi)的井眼 102中。組件100可W包括根據(jù)下文所述方法形成的至少一個(gè)改性熱塑性結(jié)構(gòu)106。改性熱塑 性結(jié)構(gòu)106可W是組件100的井下工具108的組件。井下工具108可W，例如，包括改性熱塑性 結(jié)構(gòu)106和至少一個(gè)另一個(gè)部件110(例如，裝置，例如傳感器;環(huán)，例如0形環(huán);密封件，例如 唇形密封件;導(dǎo)線(xiàn)；電纜等）。改性熱塑性結(jié)構(gòu)106可W至少部分地圍繞(例如，含有、保持、屏 蔽等)另一個(gè)組件110。在另外的實(shí)施例中，改性熱塑性結(jié)構(gòu)106可W包括組件100(例如，閥， 比如球閥）的獨(dú)立結(jié)構(gòu)。
[0021] 圖2是簡(jiǎn)化的流程圖，示出了根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例用于井下應(yīng)用的改性熱塑性結(jié)構(gòu) (例如前面參考圖1所述的改性熱塑性結(jié)構(gòu)106)的形成方法。該方法包括形成熱塑性結(jié)構(gòu)， W及使該熱塑性結(jié)構(gòu)經(jīng)受電子束工藝。圖2中所示的方法在下文將參考圖3A和圖3B進(jìn)一步 詳細(xì)地描述，圖3A和3B是圖2中所述方法的不同工藝階段和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化透視圖。通過(guò)下文所 提供的說(shuō)明，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，本文所述的方法可W用于各種應(yīng)用 中。也就是說(shuō)，該方法可在無(wú)論何時(shí)需要形成改性熱塑性結(jié)構(gòu)時(shí)使用。
[0022] 參考圖3A，熱塑性結(jié)構(gòu)302可W由至少一種熱塑性材料和任選地至少一種添加劑 制成。本文所用的術(shù)語(yǔ)"熱塑性材料"是指并包括在可逆的物理過(guò)程中可W加熱軟化(例如 烙融)和通過(guò)冷卻而硬化的聚合物材料。如下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的，熱塑性材料可W制備成 在經(jīng)受電子束工藝時(shí)經(jīng)歷交聯(lián)。在經(jīng)受電子束工藝時(shí)，熱塑性材料可W例如至少部分地轉(zhuǎn) 化成熱固性材料。本文所用的術(shù)語(yǔ)"熱固性材料"是指并包括由于交聯(lián)作用而在加熱時(shí)不會(huì) 烙融的固體聚合物材料。合適的熱塑性材料包括但不限于聚芳基甲酬(PAEK)，諸如聚酸酬 (P?。?，聚酸酸酬(P邸K)、聚芳酸酬(陽(yáng)KK)，和聚酸酬酸酬酬(陽(yáng)KEKK);聚苯硫酸(PPS);聚苯 諷(PPSU);自加強(qiáng)的對(duì)位聚苯(SRP);聚酷亞胺(PI);W及聚酷胺酷亞胺(PAI)。在一些實(shí)施 例中，熱塑性結(jié)構(gòu)302的熱塑性材料包括PEEK。如果包括，則添加劑可W是填充材料、增量劑 材料、交聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、顏料、塑化劑、抗氧化劑W及另一種聚合物材料中的至少一種。合適 的添加劑的非限制性示例將在下文參考圖5C進(jìn)一步詳細(xì)地描述。熱塑性結(jié)構(gòu)302可W基本 上是均質(zhì)的（例如，熱塑性材料可由熱塑性材料組成，或者熱塑性材料和添加劑可均勻地分