CN108505963A - 一种基于记忆合金的膨胀套损补贴工具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于记忆合金的膨胀套损补贴工具及其制备方法，克服现有实体膨胀管及膨胀工具机构复杂、耐蚀性差，施工效率低和易发生井下事故等问题。该工具包括记忆合金丝网筒和弹性密封材料筒；记忆合金丝网筒和弹性密封材料筒长度相同，记忆合金丝网筒设置在弹性密封材料筒筒壁内；记忆合金丝网筒由12～24根记忆合金丝正反方向缠绕而成，记忆合金丝直径为3～9毫米，编织升角的范围为40～85度；记忆合金丝网筒的两端设置有记忆合金丝端部焊点；记忆合金丝网筒内部设置有强度支撑焊点，将交叉的记忆合金丝连接，记忆合金丝网筒采用Ti‑Ni基形状记忆合金丝织成。同时，本发明还提供一种上述膨胀套损补贴工具的制备方法。

Description

一种基于记忆合金的膨胀套损补贴工具及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油天然气工业油套管损伤补修及完井作业领域，具体涉及一种基于记忆合金的膨胀套损补贴工具及其制备方法，该膨胀套损补贴工具可方便油田现场作业施工。

背景技术

实体膨胀套管SET(Solid Expandable Tubular)技术是以实现“节省”井眼尺寸为目的，在井眼中将套管柱径向膨胀至所要求直径尺寸的一种钻井、完井和修井新技术。膨胀管技术现已成功的应用于油井产层防沙、易坍塌地层防塌、漏失地层堵漏等井下复杂地层的封固，膨胀式尾管悬挂器和油井受损套管修复等领域以及钻井、完井及采油、修井等作业过程，该技术已发展成为有效解决油、气井钻井过程中地层复杂情况的新型技术。膨胀管技术的开发和应用使现有钻井、完井水平显著提高，并使钻井、完井竞争力进一步提高，被认为是“21世纪石油钻采行业的最富革命性的技术”。

现有常用的井下膨胀管施工作业方法为采用钢制实体膨胀管，并在膨胀管内侧导入高压液体，促使膨胀管下部密封底座和膨胀锥密闭空间憋压，从而推动膨胀锥底部，驱动膨胀锥自下而上的运动，完成膨胀管施工作业，如申请号为201110419472.7和201010251835.6等专利文献公开的钢制膨胀管，申请号为200510122335.1和200420053900.4等专利文献公开的膨胀装置；但是，由于钢制膨胀管在井下高氯离子、二氧化碳、含硫气体等环境下存在腐蚀问题，会发生二次腐蚀损坏，造成更严重的套损问题，同时原有膨胀管由于本身材料的限制，施工作业方法是靠井下液压进行膨胀补贴，膨胀后需进行一系列钻底堵等施工作业，工序繁琐步骤多，易造成井下事故的发生，加剧了油套管损坏处理的难度，对于工况不复杂的套损问题这种机构较为复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有实体膨胀管及膨胀工具机构复杂、耐蚀性差，施工效率低和易发生井下事故等问题，提供一种基于记忆合金的膨胀套损补贴工具及其制备方法，本发明的膨胀套损补贴工具结构简单、可靠性高、耐蚀性好，减少了膨胀管施工作业中的意外事故，可以有效的降低成本，提高施工作业的成功率，具有广阔的应用前景。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种基于记忆合金的膨胀套损补贴工具，包括记忆合金丝网筒和弹性密封材料筒；所述记忆合金丝网筒和弹性密封材料筒长度相同，所述记忆合金丝网筒设置在弹性密封材料筒筒壁内；所述记忆合金丝网筒由12～24根记忆合金丝正反方向缠绕而成，所述记忆合金丝的直径为3～9毫米，编织升角θ的范围为40～85度；所述记忆合金丝网筒的两端设置有记忆合金丝端部焊点；所述记忆合金丝网筒内部设置有强度支撑焊点，将交叉的记忆合金丝连接，所述记忆合金丝网筒采用Ti-Ni基形状记忆合金丝织成。

进一步地，所述记忆合金丝网筒采用Ni-Ti-V记忆合金织成。

进一步地，所述弹性密封材料筒的材料为氰化丁晴橡胶或氟橡胶。

同时，本发明还提供一种上述膨胀套损补贴工具的制备方法，包括以下步骤：

1)制备或选择直径为3～9毫米的记忆合金丝，将12～24根记忆合金丝正反方向缠绕在圆柱体上，初步织成丝网筒骨架，编织升角的范围为40～85度；

2)将缠绕的丝网筒骨架一端焊接，形成记忆合金丝端部焊点，将焊点外多余的记忆合金丝剪除；

3)在丝网筒骨架内部每隔一段距离焊接强度支撑焊点；

4)将丝网筒骨架另一端焊接，形成记忆合金丝端部焊点，减去剩余的记忆合金丝；

5)将制备好的记忆合金丝网筒放入预先准备的模具筒中，加入制备弹性密封材料筒的粉末状材料，使得粉末状材料充分覆盖并包裹记忆合金丝网筒，将装满粉末状材料和记忆合金丝网筒的模具筒进行高温硫化或固化，即可制得记忆合金膨胀套损补贴工具。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的记忆合金膨胀套损补贴工具利用记忆合金的形状记忆效应来控制整个工具的尺寸大小，结构简单，方便制备，使用时方便灵活，可有效的避免二次事故的发生，提高了套损补贴施工作业的安全可靠性，有效的降低了成本，提高了施工作业的成功率，具有广阔的应用前景。

2.本发明工具进行现场施工时，利用记忆合金丝网筒中记忆合金丝的形状记忆效应，可以使用温度来调节记忆合金丝网筒直径的大小，由于弹性密封材料筒可随着记忆合金丝网筒进行变形，同时又具有一定的密封性能，可以灵活的在井下套损部位进行膨胀补贴，并且发生问题时可以通过控制温度来缩小记忆合金丝网筒直径，方便工具的取出。

3.本发明记忆合金丝网筒中记忆合金丝具有良好的耐蚀性和耐高温性，当遇到井下高氯离子、二氧化碳、含硫气体等环境时也不会腐蚀等二次损坏问题。

附图说明

图1为本发明基于记忆合金的膨胀套损补贴工具结构图；

图2为图1的B-B剖视图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为本发明记忆合金丝网筒结构图；

图5为图4的B-B剖视图；

图6为图4的A处局部放大图；

图7为本发明记忆合金丝网筒参数设置示意图。

附图标记：1-记忆合金丝网筒，2-记忆合金丝端部焊点，3-强度支撑焊点，4-弹性密封材料筒。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：

如图1、图2、图3所示，基于记忆合金的膨胀套损补贴工具，主要由记忆合金丝网筒1和弹性密封材料筒4组成，记忆合金丝网筒1和弹性密封材料筒4长度相同，记忆合金丝网筒1被弹性密封材料筒4筒壁包裹在内，构成一个完整的记忆合金膨胀套损补贴工具，图1为膨胀套损补贴工具左侧剥除弹性密封材料筒4的结构图。

如图4至图7所示，记忆合金丝网筒1由12～24根记忆合金丝正反方向缠绕而成，见图7中头数n，过多的记忆合金丝会对记忆合金丝网筒1的变形能力带来限制，同时也会极大地提高工具的成本，过少的记忆合金丝无法保持记忆合金丝网筒1的支撑强度，因此根据工具的尺寸和施工要求优选范围在12～24之间；记忆合金丝的直径为3～9毫米，此数值是根据所修复的套管需要的通径决定的，直径过大的合金丝会造成通径过小，直径过小会导致强度不够，编织时升角θ的范围为40～85度，编织时升角根据实际变形量的要求和支撑强度的要求而变化，记忆合金丝网筒1的两端设计有记忆合金丝端部焊点2，以保持丝网筒形状，在记忆合金丝网筒1的内部，每隔一段距离设计有强度支撑焊点3，将交叉的记忆合金丝焊接连接，以保证记忆合金丝网筒1有一定的支撑强度，L为记忆合金丝网筒的长度。

记忆合金丝网筒1采用Ti-Ni基形状记忆合金丝织成，具有较好的形状记忆效应，弹性密封材料筒4的材料可选用氰化丁晴橡胶、氟橡胶或者其他弹性高分子材料，具有较大变形能力和耐高压性能。

本发明的记忆合金膨胀套损补贴工具制备方法包括如下步骤：

1)制备或选择直径为3～9毫米的记忆合金丝，根据需求将12～24根记忆合金丝正反方向缠绕在一定尺寸的圆柱体上，编织时升角θ的范围为40～85度，初步织成丝网筒骨架；

2)将缠绕的丝网筒骨架一端选择合适的位置焊接，焊接记忆合金丝端部焊点2，将焊点外多余的记忆合金丝剪除；

3)根据使用需求，在丝网筒骨架内部每隔一定的距离焊接强度支撑焊点3；

4)当制备出符合长度的丝网筒骨架后，在另一端合适位置焊接记忆合金丝端部焊点2，减去多余的记忆合金丝，即制备完成记忆合金丝网筒1；

5)将制备好的记忆合金丝网筒1放入预先准备好尺寸的模具筒中，加入制备弹性密封材料筒所需的粉末状材料，使得粉末状材料充分覆盖并包裹记忆合金丝网筒，将装满粉末状材料和记忆合金丝网筒的模具筒进行高温硫化/固化，即可制得本发明记忆合金膨胀套损补贴工具。

使用本发明工具进行现场施工时，利用记忆合金丝网筒中记忆合金丝的形状记忆效应，可以使用温度来调节记忆合金丝网筒直径D的大小，由于弹性密封材料筒可随着记忆合金丝网筒进行变形，同时又具有一定的密封性能，可以灵活的在井下套损部位进行膨胀补贴，并且发生问题时可以通过控制温度来缩小记忆合金丝网筒直径D，方便工具的取出。

由于记忆合金丝网筒中记忆合金丝具有良好的耐蚀性和耐高温性，当遇到井下高氯离子、二氧化碳、含硫气体等环境时也不会腐蚀等二次损坏问题。

实施例一

本发明记忆合金膨胀套损补贴工具的制备方法包括如下步骤：

1)选择直径为4毫米的Ti-Ni记忆合金丝，将24根记忆合金丝按68度升角正反方向等距缠绕在108毫米的圆柱体上，初步织成丝网筒骨架；

2)将缠绕的丝网筒骨架一端焊接记忆合金丝端部焊点，将焊点外多余的记忆合金丝剪除；

3)在丝网筒骨架内部每20mm距离在将交叉的记忆合金丝之间焊接一圈强度支撑焊点；

4)制备4米的丝网筒骨架，在另一端合适位置焊接记忆合金丝端部焊点，减去多余的记忆合金丝，即制备好了记忆合金丝网筒；

5)将制备好的记忆合金丝网筒放入预先准备好120毫米外径，9毫米壁厚的模具筒中，加入粉末状氰化丁晴橡胶材料，使得粉末状材料充分覆盖并包裹记忆合金丝网筒，将成装满粉末状材料和记忆合金丝网筒的模具筒进行高温硫化，即可制得外径120毫米，总壁厚为9毫米的记忆合金膨胀套损补贴工具。

将制备的记忆合金膨胀套损补贴工具进行性能测试，通过温度变化，可以实现套损补贴工具外径在120毫米和108毫米之间变化，同时在井下可提供8～15MPa的周向支撑力，满足有腐蚀介质且井下压差不大的条件下套损补贴需求。

实施例二

本发明记忆合金膨胀套损补贴工具的制备方法包括如下步骤：

1)选择直径为9毫米的Ti-Ni记忆合金丝，将12根记忆合金丝按40度升角正反方向等距缠绕在100毫米的圆柱体上，初步织成丝网筒骨架；

2)将缠绕的丝网筒骨架一端焊接记忆合金丝端部焊点，将焊点外多余的记忆合金丝剪除；

3)在丝网筒骨架内部每50mm距离在将交叉的记忆合金丝之间焊接一圈强度支撑焊点；

4)制备8米的丝网筒骨架，在另一端合适位置焊接记忆合金丝端部焊点，减去多余的记忆合金丝，即制备好了记忆合金丝网筒；

5)将制备好的记忆合金丝网筒放入预先准备好119毫米外径，19毫米壁厚的模具筒中，加入粉末状氰化丁晴橡胶材料，使得粉末状材料充分覆盖并包裹记忆合金丝网筒，将成装满粉末状材料和记忆合金丝网筒的模具筒进行高温硫化，即可制得外径119毫米，总壁厚为19毫米的记忆合金膨胀套损补贴工具。

将制备的记忆合金膨胀套损补贴工具进行性能测试，通过温度变化，可以实现套损补贴工具外径在119毫米和106毫米之间变化，同时在井下可提供20～35MPa的周向支撑力，满足有腐蚀介质且井下压差不大的条件下套损补贴需求。

实施例三

本发明记忆合金膨胀套损补贴工具的制备方法包括如下步骤：

1)选择直径为5毫米的Ti-Ni记忆合金丝，将18根记忆合金丝按85度升角正反方向等距缠绕在106毫米的圆柱体上，初步织成丝网筒骨架；

2)将缠绕的丝网筒骨架一端焊接记忆合金丝端部焊点，将焊点外多余的记忆合金丝剪除；

3)在丝网筒骨架内部每30mm距离在将交叉的记忆合金丝之间焊接一圈强度支撑焊点；

4)制备8米的丝网筒骨架，在另一端合适位置焊接记忆合金丝端部焊点，减去多余的记忆合金丝，即制备好了记忆合金丝网筒；

5)将制备好的记忆合金丝网筒放入预先准备好117毫米外径，11毫米壁厚的模具筒中，加入粉末状氟橡胶材料，使得粉末状材料充分覆盖并包裹记忆合金丝网筒，将成装满粉末状材料和记忆合金丝网筒的模具筒进行高温固化，即可制得外径117毫米，总壁厚为11毫米的记忆合金膨胀套损补贴工具。

将制备的记忆合金膨胀套损补贴工具进行性能测试，通过温度变化，可以实现套损补贴工具外径在117毫米和92毫米之间变化，同时在井下可提供15～30MPa的周向支撑力，满足有腐蚀介质且井下压差不大的条件下套损补贴需求。

Claims (4)

1.一种基于记忆合金的膨胀套损补贴工具，其特征在于：包括记忆合金丝网筒(1)和弹性密封材料筒(4)；

所述记忆合金丝网筒(1)和弹性密封材料筒(4)长度相同，所述记忆合金丝网筒(1)设置在弹性密封材料筒(4)的筒壁内；

所述记忆合金丝网筒(1)由12～24根记忆合金丝正反方向缠绕而成，所述记忆合金丝的直径为3～9毫米，编织升角的范围为40～85度；

所述记忆合金丝网筒(1)的两端设置有记忆合金丝端部焊点(2)；所述记忆合金丝网筒(1)内部设置有强度支撑焊点(3)，所述强度支撑焊点(3)将交叉的记忆合金丝连接，所述记忆合金丝网筒(1)采用Ti-Ni基形状记忆合金丝织成。

2.根据权利要求1所述的基于记忆合金的膨胀套损补贴工具，其特征在于：所述记忆合金丝网筒(1)采用Ni-Ti-V记忆合金织成。

3.根据权利要求1或2所述的基于记忆合金的膨胀套损补贴工具，其特征在于：所述弹性密封材料筒(4)的材料为氰化丁晴橡胶或氟橡胶。

4.一种制备权利要求1至3任一所述的膨胀套损补贴工具的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备或选择直径为3～9毫米的记忆合金丝，将12～24根记忆合金丝正反方向缠绕在圆柱体上，初步织成丝网筒骨架，编织升角θ的范围为40～85度；

2)将缠绕的丝网筒骨架一端焊接，形成记忆合金丝端部焊点，将焊点外的记忆合金丝剪除；

3)在丝网筒骨架内部每隔一段距离焊接强度支撑焊点；

4)将丝网筒骨架另一端焊接，形成记忆合金丝端部焊点，减去剩余的记忆合金丝；

5)将制备好的记忆合金丝网筒放入预先准备的模具筒中，加入制备弹性密封材料筒的粉末状材料，使得粉末状材料充分覆盖并包裹记忆合金丝网筒，将装满粉末状材料和记忆合金丝网筒的模具筒进行高温硫化或固化，制得记忆合金膨胀套损补贴工具。