CN105247158A - 包括碳纳米森林的接头 - Google Patents
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Abstract
井眼工具可以使用碳纳米森林以便减少磨料颗粒进入所述井眼工具的接头的可压缩密封元件。在一些情况下，井眼工具可以包括接头，所述接头包括具有限定间隙的相对配合表面的两个元件；可压缩密封元件，其安置在所述相对配合表面之间并被配置来密封所述间隙的一部分，从而限定所述间隙的密封区段和未密封区段；以及至少一个碳纳米森林，其布置在所述未密封区段的至少一部分内并联接至所述相对配合表面中的至少一个。
Description
背景
本文所述的创新实施方案涉及使用碳纳米森林以便减少磨料颗粒进入可压缩密封元件的接头。
可压缩密封元件(例如，O形环)用于在各种井眼工具中密封接头(例如，旋转接头、静态接头等等)。在一些实例中，可压缩密封元件用来保护井眼工具的其他部分(如轴承)。在操作期间，可压缩密封元件经常与包括磨料颗粒的井眼液接触。这些磨料颗粒可以磨损可压缩密封元件。随着可压缩密封元件磨损，可能穿过可压缩密封元件形成泄漏，从而使磨料颗粒接触并损害可压缩密封元件意图保护的井眼工具的部分。这可导致不希望的工具损害和可能地操作停止。
附图简述
以下附图用于说明本发明的某些方面，并且不应视作排他的实施方案。如本领域中的技术人员以及受益于本公开的人员将了解，所公开的主题能够在形式和功能上存在许多修改、变更、组合和等效形式。
图1提供牙轮钻头的图。
图2提供用于将井眼钻探至地下地层中的钻机的图。
图3提供根据本文所述的至少一个实施方案的牙轮钻头的一部分的截面图，碳纳米森林在接头间隙的未密封区段中。
图4A提供接头间隙的截面图，其示出经由本文所述的碳纳米森林的过滤。
图4B提供沿着接头间隙的端视图，其示出经由本文所述的碳纳米森林的过滤。
图5提供碳纳米森林在未密封区段中的接头间隙的截面图。
图6提供碳纳米森林在未密封区段中的接头间隙的截面图。
图7示出在本文所述的接头的配合表面上生长碳纳米森林以便实现直接联接。
图8示出在衬底上生长碳纳米森林并将所述碳纳米森林粘合地联接至本文所述的接头的配合表面。
详述
本文所述的创新实施方案涉及使用碳纳米森林以便减少磨料颗粒进入可压缩密封元件的接头。
如本文所用，术语“碳纳米森林”指垂直对准的多个碳纳米结构，也就是，所述纳米结构的长轴线从联接至其的衬底基本上垂直延伸。碳纳米森林可以包括单壁碳纳米管(“SWNT”)、多壁碳纳米管(“MWNT”)(例如，2个至50个或更多个壁)、碳纳米角、石墨烯、石墨烯纳米带、其他拉长的碳拉米结构或其组合。应注意的是石墨烯包括少层石墨烯。
在一个方面，本公开识别并解决潜在地损害可压缩密封元件(如在钻头中以及在其他井眼工具(如滑动套筒、钻孔器、泵等等)中的密封)的在钻井液中的磨料颗粒的问题。如本文所识别的，在钻井液(例如，地层岩屑以及如增重剂的添加剂)中的磨料颗粒通常非常湍流地且以非常高的速度移动。所公开系统和方法包括碳纳米森林的各种具体使用，以便帮助困住或以其他方式缓和此类磨料颗粒进入可压缩密封元件来防止磨料磨损。因此，将最小化与磨料材料相关联的此类问题，这将延长井眼工具的使用期限。例如，延长钻头的使用期限可以减少在钻探操作中从井下环境收回钻头的次数(这可能花费数小时)，从而最小化非生产性的时间和成本。
在井眼钻探中使用的一种普通类型的钻头是牙轮钻头，其实例在图1中作为100示出。在此类钻头中，旋转锥102具有在它们外表面上的齿104(例如，硬质合金刀片或铣削类型的齿)并且各自安装在钻头体的臂106上。在钻探期间，如图2所示，钻机208使用管210的区段来将旋转力转移至钻头200和泵212，以便通过管210的区段将钻井液(如作为流动箭头A示出)循环至井眼的底部。当钻头旋转时，所施加的钻头上的重量(“WOB”)迫使旋转锥的指向下方的齿进入被钻探的地层。因此，所述齿的点施加超过地层的屈服应力的可压缩应力，并且这诱导地层中的断裂。所产生碎片(也称为“岩屑”)被高流率的钻井液(也称为“泥浆”)从切割面冲走。
图3示出根据本公开的方面的具有可被保护的密封的牙轮钻头的一部分的截面图。更具体地说，图3示出牙轮钻头的示例性接头302。接头302包括第一元件和第二元件，例如在此实施方案中分别为牙轮304和支撑臂308。牙轮304支撑在轴承334和主轴336上。这两种元件中的每一个—牙轮304和支撑臂308—具有相对的配合表面：牙轮304的第一配合表面306和支撑臂308的第二配合表面310，其共同地限定间隙300。配合表面306与配合表面310之间的距离可以沿着间隙300改变。可压缩密封元件318被配置来密封间隙300的一部分，从而限定密封区段312和未密封区段314。通常，配合表面306与配合表面310之间的距离沿着间隙300的密封区段312比沿着间隙300的未密封区段314更小，这提供包括本文所述的碳纳米森林的必要空间。然而，在其他实施方案中，在不背离本公开的范围的情况下，配合表面306与配合表面310之间的距离沿着间隙300的密封区段312可比沿着间隙300的未密封区段314更大，或者所述距离可基本上相等。
在一些实施方案中，至少一个碳纳米森林在间隙300的未密封区段314的至少一部分内，并联接至配合表面306或310中的一个。在一些实例中，碳纳米森林可以延伸超过间隙300，并联接至对应于所述碳纳米森林联接至的配合表面的延伸表面。再次参考图3，碳纳米森林320联接至包括延伸表面310'的一部分的第二配合表面310的一部分。
碳纳米森林可以通过多种方法联接至配合表面，所述方法包括在所述配合表面上直接生长碳纳米森林(本文称为“直接联接”或其语法上的等效物)，或将所述碳纳米森林或对应衬底粘合至所述配合表面(本文称为“粘合地联接”或其语法上的等效物)。应注意除非另外规定，否则描述将碳纳米森林联接至配合表面的实施方案包括直接联接和粘合剂联接。本文进一步讨论用于实现每种联接的方法。
在所公开实施方案中的一些中，例如碳纳米森林被示出为从一个配合表面朝向另一配合表面延伸但不接触另一配合表面或联接至其的另一个碳纳米森林。另选地，在本教义范围内的其他实施方案中，碳纳米森林可以从配合表面延伸至期望的程度或距离(例如，以便不接触或最低限度地接触另一配合表面或联接至其的另一个碳纳米森林，或以便由另一配合表面或联接至其的另一个碳纳米森林压缩)。例如，在一些实施方案中，碳纳米森林可以在接头间隙中受压缩。
图4A和图4B示出根据一个或多个实施方案的在第一元件404与第二元件408之间的具有安置在其中的碳纳米森林420的示例性间隙400的放大视图。在示例性操作中，碳纳米森林420可以作用为过滤器以便减少磨料颗粒436进入可压缩密封元件418(图4A)，从而延长密封元件418和井眼工具的使用期限。图4A示出部分间隙400的截面图，其示出在未密封区段414中流动以便接触碳纳米森林420的包括磨料颗粒436的钻井液。循环通过或以其他方式流动通过未密封区段414的流体可以遇到碳纳米森林410，并且一些将返回井眼(箭头A)，而一些可以横穿(箭头B)碳纳米森林420以便到达可压缩密封元件418。碳纳米森林420可以被配置来阻碍大多数的磨料颗粒436，从而允许颗粒与流体一起再循环出间隙400(箭头A)，并且基本上过滤与横穿碳纳米森林420(箭头B)的流体一起运送的其他磨料颗粒436。图4B示出沿着间隙400内的碳纳米森林420的一部分的端视图，并将多个磨料颗粒436示为困在碳纳米森林420中。
此外，在没有理论上的限制的情况下，据信随着碳纳米森林磨损，副产物将包括纳米管区段、石墨烯或少层石墨烯，其已经被证实为有效的润滑剂。因此，碳纳米森林磨损的副产物可以最低限度地影响可压缩密封元件的使用期限。此外，可以证明碳纳米森林在向联接至其的配合表面提供保护免于磨料颗粒的撞击中有用，这可以进一步延长井眼工具的使用期限。
图5示出根据本文所述的至少一个实施方案的接头502的一部分的截面图。如图所示，两个碳纳米森林520a、520b串联地安置在间隙500的未密封区段514内，其中碳纳米森林520a联接至第一元件504的第一配合表面506，并且碳纳米森林520b联接至第二元件508的第二配合表面510并且相对于碳纳米森林520a邻近可压缩密封元件518。此外，碳纳米森林520b可以延伸至在第一元件504中限定的并被配置来接收和容纳可压缩密封元件518的槽516中。然而，在其他实施方案中，在不背离本公开范围的情况下，槽516可以在第二元件508中或在元件504和元件508中限定并被配置来接收和容纳可压缩密封元件518。
图6示出根据本文所述的至少一个实施方案的接头602的截面图。如图所示，两个碳纳米森林620a、620b被安置在第一元件604与第二元件608之间的间隙600的未密封元件614中至少部分地物理接触，其中碳纳米森林620a联接至第一元件604的第一配合表面606，并且碳纳米森林620b联接至第二元件608的第二配合表面610。在一些实施方案中，碳纳米森林620a和620b分别联接至它们的配合表面606和610的对应部分，并且从其朝向彼此径向地延伸。在至少一个实施方案中，碳纳米森林620a、620b的远侧末端的部分可以物理接触。
受益于本公开的本领域普通技术人员之一应认识到多种配置，根据所述配置，一个或多个碳纳米森林可以安置在接头间隙的未密封区段的部分中，包括联接至配合表面中的任一个。另外，受益于本公开的本领域普通技术人员之一应认识到接头可以被配置为使得沿间隙的密封区段的一部分的配合表面之间的距离可为足够的，以便允许碳纳米森林包括在所述间隙的所述密封区段中。例如，在可包括碳纳米森林之处(例如，在可压缩密封元件与轴承之间，以便缓和由于所述轴承的磨料磨损产生的颗粒引起对可压缩密封元件的磨料磨损)，可以包括封盖或槽。
受益于本公开的本领域普通技术人员之一应进一步认识到对于第一元件和第二元件的配置的变化，以便得到可应用于其他牙轮钻头配置和其他井眼工具(如滑动套筒、钻孔器、泵等等)的接头。
关于本文所述的并在图7中示出的碳纳米森林至配合表面的直接联接，一些实施方案可以涉及在接头的元件726的配合表面724上提供多个密集填充的纳米颗粒催化剂734；以及将纳米颗粒催化剂734暴露至碳纳米结构生长条件持续一段时间，以便获得具有期望高度的碳纳米森林728。
关于本文所述的并在图8中示出的碳纳米森林至配合表面的粘合性联接，一些实施方案可以涉及在衬底830上提供多个密集填充的纳米颗粒催化剂834；将纳米颗粒催化剂834暴露至碳纳米结构生长条件持续一段时间，以便获得具有期望高度的碳纳米森林828；以及使用粘合剂832将衬底830粘合至接头的元件826的配合表面824的一部分(例如，在8A中示出)。
关于本文所述的并在图8中示出的碳纳米森林至配合表面的粘合性联接，一些实施方案可以涉及在衬底830上提供多个密集填充的纳米颗粒催化剂834；将纳米颗粒催化剂834暴露至碳纳米结构生长条件持续一段时间，以便获得具有期望高度的碳纳米森林828；使用粘合剂832将碳纳米森林828粘合至接头的元件826的配合表面824的一部分(例如，在8B中示出)；以及将所述碳纳米森林与衬底830分离(例如，在8C中示出)。
一些实施方案可以进一步涉及使用本文所述的具有联接至其的碳纳米森林的元件装配所述接头。在一些实例中，所述接头可以是牙轮钻头、滑动套筒、钻孔器、泵或具有接头的其他井眼工具的一部分，所述接头具有在操作期间暴露至包括磨料材料的流体的可压缩密封元件。
一些实施方案可以进一步涉及在井眼操作中实施井眼工具，所述井眼工具包括在接头间隙的未密封区段的至少一部分内的碳纳米森林。例如，一些实施方案可以进一步涉及使用牙轮钻头钻探井眼的一部分，所述牙轮钻头包括在接头间隙的未密封区段的至少一部分内的碳纳米森林。在另一个实例中，一些实施方案可以进一步涉及使用钻孔器钻探井眼的一部分(或钻探并扩张用于井眼的导向孔的一部分)，所述钻孔器包括在接头间隙的未密封区段的至少一部分内的碳纳米森林。
适于在将衬底或碳纳米森林粘合至配合表面中使用的粘合剂应能够在所述接头操作的温度、压力和化学环境中维持粘合。适于在井眼工具中使用的粘合剂的实例可以包括但不限于环氧树脂粘合剂、陶瓷粘合剂、有机硅粘合剂、氰基丙烯酸酯粘合剂等等以及其任何组合。此外，在一些实例中，可以处理配合表面以便增强粘合。例如，喷砂处理可以产生用于更好粘合的更粗糙的配合表面。
适于在生长碳纳米森林中使用的衬底可以包括但不限于金属氧化物(例如，二氧化钛、氧化铝、二氧化硅、蓝宝石等等)、具有金属氧化物表面的衬底、玻璃等等。粘合至配合表面的衬底可以优选为薄的(例如，约5微米至约250微米)。由于碳纳米森林对于压缩为坚固的，衬底的粘合性联接可以通过适度压力来促进以便缓和不均匀的施加。类似地，当碳纳米森林粘合地联接至配合表面时，可以使用适度的压力来促进碳纳米森林与粘合剂的适当接触。
适于碳纳米结构生长的纳米颗粒催化剂可以包括包含铁、镍、铜、钴、铬等等的金属、金属氧化物、金属硫化物等等以及其任何组合。此外，纳米颗粒催化剂可以包括结合金属或金属氧化物的前述中的一种，所述金属或金属氧化物在碳纳米结构合成中可能不起主要催化作用但是有助于期望的纳米颗粒催化剂尺寸，从而达到碳纳米结构的直径。此类的实例可以包括包含钼、铝、钛、镁等等的金属或金属氧化物以及其任何组合。
在一些实施方案(关于粘合性联接或直接联接)中，提供多个密集填充的纳米颗粒催化剂可以涉及在配合表面上沉积所述纳米颗粒催化剂。沉积可以涉及纳米颗粒催化剂在所述表面上的旋涂、浸涂、电沉积、干燥、化学气相沉积等等。纳米颗粒催化剂应以足够的密度沉积在所述表面上以便允许垂直碳纳米结构生长，其中(1)相邻的碳纳米结构至少部分地提供彼此的支撑，(2)碳纳米结构具有足够的直径以便支撑垂直生长，或(3)两者都是，从而得到与沿着所述表面摆放的碳纳米结构相对的碳纳米森林。适于产生碳纳米森林的密度取决于纳米颗粒催化剂的尺寸和碳纳米结构生长条件。例如，当生产包括小直径碳纳米管(例如，SWNT至具有达几个壁的MWNT)的碳纳米森林时，合适的纳米颗粒密度可以为每约100nm2至约10nm2约一个纳米颗粒，而对于更大直径的MWNT，合适的密度可以为每1,000nm2至约100nm2一个纳米颗粒。
在一些实例中，适于碳纳米结构生长的纳米颗粒催化剂可以在所述表面上形成。在一些实施方案中，提供所述多个密集填充的纳米颗粒催化剂可涉及在配合表面上沉积纳米颗粒催化剂的多个分子前体；以及将所述分子前体转化成所述纳米颗粒催化剂。转化可以涉及将分子前体暴露至引起分解(和潜在地聚集)成纳米颗粒的条件。此类分子前体的实例可以包括但不限于Keplerate笼(例如，包含铁和钼)、金属络合物(例如，氧代-六羧酸根-铁三聚体(oxo-hexacarboxylate–irontrimer)络合物)、配位金属、具有螯合至其的金属的聚合物(例如，铁螯合的树状高分子)等等，以及其任何组合。
本领域的普通技术人员之一将理解引起这些分子前体分解成用于碳纳米结构生长的合适纳米颗粒的条件(例如，经由高温下的氢暴露的还原、经由高温下暴露至水、醇或氧的氧化等等，以及其组合(通常在分开的步骤/暴露中))。通常，这些分解方法可以在约150℃至约300℃的温度下执行，取决于还原剂或氧化剂的浓度和被分解的分子的组成。在一些实例中，转化分子前体以及将纳米颗粒催化剂暴露至碳纳米结构生长条件(本文更加详细地描述)可以在一个加热循环中发生。
类似于以上的描述，分子前体在表面上应处于足够的浓度以便得到一定密度的纳米颗粒催化剂来支撑垂直生长。
在两个实例中，纳米颗粒催化剂或其分子前体的沉积可以仅沉积在衬底或第一/第二元件的表面的一部分上，这可以通过遮掩将不含碳纳米森林的所述表面的部分来获得。在纳米颗粒催化剂或其分子前体沉积后，可以移除遮罩并且使碳纳米森林生长。
生长碳纳米森林可涉及将纳米颗粒催化剂暴露至碳纳米结构生长条件持续一段时间，以便获得具有期望高度(例如，对应于配合表面之间距离的高度)的碳纳米森林。取决于碳纳米结构生长条件和碳纳米森林的期望高度，暴露至碳纳米结构生长条件的时间段可以从几秒至几分钟或甚至数小时。在一些实例中，碳纳米森林的期望高度可以对应于配合表面之间的距离。在其他实例中，期望高度可以多于或少于配合表面之间的距离。例如，如果碳纳米森林将受压缩，那么所期望的距离大于配合表面之间的距离。在另一个实例中，如果在相对配合表面上的对应碳纳米森林接触(例如，如图6中所示)，那么所期望的距离将小于配合表面之间的距离。
合适的碳纳米结构生长条件大体上包括高温(例如，约400℃至约1200℃)和气体碳源(例如，甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、甲醇、乙醇等等)。此外，碳纳米结构生长条件还可以包括生长促进剂(例如，硫醇、水、氧等等)。碳纳米结构合成领域的普通技术人员之一应认识到生长促进剂的适当浓度以及生长促进剂与纳米颗粒催化剂和气体碳源的组合，以便使用所述生长促进剂不抑制生长。
受益于本公开的本领域普通技术人员之一将认识到碳纳米结构的质量(例如，如由在侧壁中的缺陷的数量确定)尤其取决于温度、碳源的组成、碳源的浓度、纳米颗粒催化剂的组成、纳米颗粒催化剂的尺寸、表面的组成等等。例如，可在较低温度下获得较低质量碳纳米结构的合成，而通常在较高温度下合成高质量的碳纳米结构。
本领域的普通技术人员之一将认识到本文所述的接头应用中的碳纳米结构的期望质量，所述期望质量可以尤其取决于碳纳米结构的安排、所述接头的操作持续时间、在其中操作所述接头的环境的温度、在其中操作所述接头的流体中的其他组分以及磨料颗粒的组成和尺寸。例如，当小直径(例如，约150nm或更少)的磨料颗粒需要关注时，较高质量的碳纳米结构可以为更适当的，因为它们可以对磨料磨损更有弹性并且具有更高的过滤效力。而在微米颗粒和较大纳米颗粒(例如，约150nm或更大)需要关注的其他应用中，较低质量的碳纳米结构可以是适当的。此外，当接头暴露至可以化学降解碳纳米结构(例如，酸性环境)的流体时，可以优选高质量的碳纳米结构，因为较高质量的碳纳米结构的更纯粹的(pristine)侧壁是更耐化学腐蚀的。
另外，在其上碳纳米森林生长的表面可以影响碳纳米结构生长条件，并且因此，影响碳纳米结构的质量。例如，当直接在配合表面上生长时，本领域普通技术人员之一将认识到应选择碳纳米结构生长条件以便不消极地影响对应于配合表面的元件。例如，高温、富碳环境可以引起一些材料(或其化学组分)吸收碳，反应而形成碳化物或等等，从而得到不再适于在接头中使用的更易碎的材料。
本文所公开的实施方案包括：
A.一种井眼工具，其包括接头，所述接头包括具有限定间隙的相对配合表面的两个元件；可压缩密封元件，其安置在相对配合表面之间并被配置来密封所述间隙的一部分，从而限定所述间隙的密封区段和未密封区段；以及至少一个碳纳米森林，其布置在所述未密封区段的至少一部分内并联接至所述相对配合表面中的至少一个；以及
B.一种井眼工具，其包括接头，所述接头包括具有限定间隙的相对配合表面的两个元件；可压缩密封元件，其安置在所述两个元件之间并被配置来密封所述间隙的一部分，从而限定所述间隙的密封区段和未密封区段；以及碳纳米森林，其在所述未密封区段的至少一部分内并联接至所述相反配合表面中的至少一个，其中所述碳纳米森林延伸至被配置来接收所述可压缩密封元件的槽内，并且其中所述碳纳米管森林包括多个多壁碳纳米管。
除非已经提供，否则实施方案A和实施方案B中的每一个可能以任何组合具有以下附加要素中的一个或多个：要素1：所述至少一个碳纳米森林粘合地联接至所述第一元件的所述配合表面；要素2：所述至少一个碳纳米森林直接联接至所述第一元件的所述配合表面；要素3：所述至少一个碳纳米森林包括粘合地联接至所述相对配合表面中的一个的第一碳纳米森林和直接联接至所述相对配合表面中的一个的第二碳纳米森林；要素4：所述至少一个碳纳米森林包括联接至所述第一元件的所述配合表面的第一碳纳米森林和联接至所述第二元件的所述配合表面的第二碳纳米森林；要素5：要素4的所述第一碳纳米森林和第二碳纳米森林串联地安置在所述未密封区段内；要素6：要素4的所述第一碳纳米森林和第二碳纳米森林处于与彼此至少部分物理接触中；要素7：所述至少一个碳纳米森林延伸至被配置来接收所述可压缩密封元件的槽中；要素8：所述至少一个碳纳米森林沿着对应所述碳纳米森林联接至的第一配合表面或第二配合表面的延伸表面延伸超过所述间隙；要素9：所述至少一个碳纳米森林包括多个单壁碳纳米管；要素10：所述至少一个碳纳米森林受压缩；以及要素11：所述井眼工具为牙轮钻头、滑动套筒、钻孔器或泵。
通过非限制性实例，可应用于A和B的示例性组合包括：要素1、2或3与要素4结合；前述与要素5或6结合；要素7-11中的至少一个与前述任一项结合；等等。
本文所公开的实施方案也包括：
C.一种方法，其包括在接头的元件的配合表面上提供多个密集填充的纳米颗粒催化剂；以及将所述纳米颗粒催化剂暴露至碳纳米机构生长条件持续一段时间以便获得具有期望高度的碳纳米森林；
D.一种方法，其包括在衬底上提供多个密集填充的纳米颗粒催化剂；将所述纳米颗粒催化剂暴露至碳纳米结构生长条件持续一段时间以便获得具有期望高度的碳纳米森林；以及将所述衬底粘合至接头的元件的配合表面的一部分；以及
E.一种方法，其包括在衬底上提供多个密集填充的纳米颗粒催化剂；将所述纳米颗粒催化剂暴露至碳纳米结构生长条件持续一段时间以便获得具有期望高度的碳纳米森林；将所述碳纳米森林粘合至接头的元件的配合表面的一部分；以及将所述碳纳米森林与所述衬底分离。
除非已经提供，否则实施方案C、D和E中的每一个可能以任何组合具有以下附加要素中的一个或多个：要素12：所述元件为井眼工具的一部分并且所述方法还包括装配所述井眼工具；要素13：其中提供所述多个密集填充的纳米颗粒催化剂涉及在所述配合表面或所述衬底上沉积所述纳米颗粒催化剂；以及要素14：其中提供所述多个密集填充的纳米颗粒催化剂涉及在所述配合表面或所述衬底上沉积所述纳米颗粒催化剂的多个分子前体；以及将所述分子前体转化成所述纳米颗粒催化剂。
通过非限制性实例，可应用于C、D和E的示例性组合包括：要素12结合要素13或14中的一个；要素7、8或9中的至少一个结合前述中的任一项；要素11结合前述中的任一项；等等。
除非另外指明，否则在本说明书和相关联的权利要求书中所用的表示组分的量，如分子量、反应条件的性质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为近似值，其可根据本发明要寻求获得的所需性质而变化。在最低限度并且不试图限制对权利要求书范围的等价范围的原则的应用，每个数值参数均应当至少根据报告的有效数字的数值和通过应用普通四舍五入技术来解读。
以下呈现本文所述的并入本发明的一个或多个说明性实施方案。为了清楚起见，在此申请中没有描述或示出实际实施方式的所有特征。应理解在并入本发明的实际实施方式的开发中，必须做出众多的实施方式特定的决定以便获得开发者的目标，如服从系统相关的、商务相关的、政府相关的和其他约束，所述约束通过实施方式改变并时常改变。尽管开发者的努力可能为复杂的和费时的，然而此类努力将是为受益于本公开的本领域那些普通技术人员承担的常规。
因此，本发明非常适合于达到所提及的目的和优势以及自身固有的目的和优势。上文所公开的具体实施方案仅仅是说明性的，因为本发明可以以对受益于本文教义的本领域技术人员来说显而易见的不同但等效的方式进行修改和实践。此外，旨在不限制本文所示的构造或设计的细节，除了如以下权利要求书中所述。因此明显以上公开的特定说明性实施方案可改变、组合或修改并且所有这些变化形式被认为在本发明的范围和精神内。本文说明性公开的本发明可以在缺少本文未特定公开的任何元件和/或本文公开的任何选择性元件的情况下实践。虽然组合物和方法在“包括”、“含有”或“包括”各种组分或步骤方面来描述，但是组合物和方法还可“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分和步骤组成”。上文所公开的所有数字和范围可变化某一量。每当公开具有下限和上限的数字范围时，就明确公开了落在范围内的任何数字和任何包括的范围。具体地说，本文公开的值的每个范围(形式为“约a至约b”，或等效地“大致a至b”，或等效地“大致a-b”)应理解为阐述涵盖在值的较宽范围内的每个数字和范围。另外，除非专利权所有人另外明确地并且清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有它们简单的、普遍的意义。此外，如权利要求书中所用的不定冠词“一个”或“一种”在本文中定义为意指引入的一个或多于一个元件。如果本说明书和可以引用方式并入本文的一个或多个专利或其它文件中存在词语或术语用法的任何矛盾，那么应采用与本说明书一致的定义。
Claims (25)
1.一种井眼工具，其包括：
接头，其包括具有限定间隙的相对配合表面的两个元件；
可压缩密封元件，其安置在所述相对配合表面之间并被配置来密封所述间隙的一部分，从而限定所述间隙的密封区段和未密封区段；以及
至少一个碳纳米森林，其布置在所述未密封区段的至少一部分内并联接至所述相对配合表面中的至少一个。
2.如权利要求1所述的井眼工具，其中所述至少一个碳纳米森林粘合地联接至所述第一元件的所述配合表面。
3.如权利要求1所述的井眼工具，其中所述至少一个碳纳米森林直接联接至所述第一元件的所述配合表面。
4.如权利要求1所述的井眼工具，其中所述至少一个碳纳米森林包括联接至所述第一元件的所述配合表面的第一碳纳米森林和联接至所述第二元件的所述配合表面的第二碳纳米森林。
5.如权利要求4所述的井眼工具，其中所述第一和第二碳纳米森林串联地安置在所述未密封区段内。
6.如权利要求4所述的井眼工具，其中所述第一和第二碳纳米森林处于彼此至少部分物理接触中。
7.如权利要求1所述的井眼工具，其中所述至少一个碳纳米森林延伸至被配置来接收所述可压缩密封元件的槽中。
8.如权利要求1所述的井眼工具，其中所述至少一个碳纳米森林沿着对应于所述碳纳米森林联接至的所述第一或第二配合表面的所延伸表面延伸超过所述间隙。
9.如权利要求1所述的井眼工具，其中所述至少一个碳纳米森林包括多个单壁碳纳米管。
10.如权利要求1所述的井眼工具，其中所述至少一个碳纳米森林处于压缩下。
11.如权利要求1所述的井眼工具，其中所述井眼工具是牙轮钻头、滑动套筒、钻孔器或泵。
12.一种井眼工具，其包括：
接头，其包括具有限定间隙的相对配合表面的两个元件；
可压缩密封元件，其安置在所述两个元件之间并被配置来密封所述间隙的一部分，从而限定所述间隙的密封区段和未密封区段；以及
碳纳米森林，其在所述未密封区段的至少一部分内并联接至所述相对配合表面中的至少一个，其中所述碳纳米森林延伸至被配置来接收所述可压缩密封元件的槽中，并且其中所述碳纳米管森林包括多个多壁碳纳米管。
13.如权利要求12所述的井眼工具，其中所述碳纳米森林粘合地联接至所述第一元件的所述配合表面。
14.如权利要求12所述的井眼工具，其中所述碳纳米森林直接联接至所述第一元件的所述配合表面。
15.如权利要求12所述的井眼工具，其中所述碳纳米森林还包括多个单壁碳纳米管。
16.如权利要求12所述的井眼工具，其中所述碳纳米森林处于压缩下。
17.如权利要求12所述的井眼工具，其中所述井眼工具是牙轮钻头、滑动套筒、钻孔器或泵。
18.一种方法，其包括：
在接头的元件的配合表面上提供多个密集填充的纳米颗粒催化剂；以及
将所述纳米颗粒催化剂暴露至碳纳米结构生长条件持续一段时间以便获得具有期望高度的碳纳米森林。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述元件是井眼工具的一部分，并且所述方法还包括装配所述井眼工具。
20.如权利要求18所述的方法，其中提供所述多个密集填充的纳米颗粒催化剂涉及在所述配合表面上沉积所述纳米颗粒催化剂。
21.如权利要求18所述的方法，其中提供所述多个密集填充的纳米颗粒催化剂涉及在所述配合表面上沉积所述纳米颗粒催化剂的多个分子前体；以及将所述分子前体转化成所述纳米颗粒催化剂。
22.一种方法，其包括：
在衬底上提供多个密集填充的纳米颗粒催化剂；
将所述纳米颗粒催化剂暴露至碳纳米结构生长条件持续一段时间以便获得具有期望高度的碳纳米森林；以及
将所述衬底粘合至接头的元件的配合表面的一部分。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述元件是井眼工具的一部分，并且所述方法还包括装配所述井眼工具。
24.一种方法，其包括：
在衬底上提供多个密集填充的纳米颗粒催化剂；
将所述纳米颗粒催化剂暴露至碳纳米结构生长条件持续一段时间以便获得具有期望高度的碳纳米森林；
将所述碳纳米森林粘合至接头的元件的配合表面的一部分；以及
将所述碳纳米森林与所述衬底分离。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述元件是井眼工具的一部分，并且所述方法还包括装配所述井眼工具。
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