NO346875B1 - Framgangsmåte for å lage tilpassbare materialer for brønnfiltre - Google Patents

Framgangsmåte for å lage tilpassbare materialer for brønnfiltre Download PDF

Info

Publication number
NO346875B1
NO346875B1 NO20130706A NO20130706A NO346875B1 NO 346875 B1 NO346875 B1 NO 346875B1 NO 20130706 A NO20130706 A NO 20130706A NO 20130706 A NO20130706 A NO 20130706A NO 346875 B1 NO346875 B1 NO 346875B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
component
mixing
conformable
temperature
mixture
Prior art date
Application number
NO20130706A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20130706A1 (no
Inventor
Michael H Johnson
Randall V Guest
Oleg A Mazyar
Original Assignee
Baker Hughes Holdings Llc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baker Hughes Holdings Llc filed Critical Baker Hughes Holdings Llc
Publication of NO20130706A1 publication Critical patent/NO20130706A1/no
Publication of NO346875B1 publication Critical patent/NO346875B1/no

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/30Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
    • B29B7/34Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
    • B29B7/38Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
    • B29B7/40Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft
    • B29B7/401Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft having a casing closely surrounding the rotor, e.g. with a plunger for feeding the material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/30Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
    • B29B7/34Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
    • B29B7/38Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
    • B29B7/40Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft
    • B29B7/404Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft with feeding or valve actuating means, e.g. with cleaning means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/30Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
    • B29B7/34Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
    • B29B7/38Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
    • B29B7/40Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft
    • B29B7/405Mixing heads
    • B29B7/407Mixing heads with a casing closely surrounding the rotor, e.g. with conical rotor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/30Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
    • B29B7/58Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/60Component parts, details or accessories; Auxiliary operations for feeding, e.g. end guides for the incoming material
    • B29B7/603Component parts, details or accessories; Auxiliary operations for feeding, e.g. end guides for the incoming material in measured doses, e.g. proportioning of several materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/30Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
    • B29B7/58Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/72Measuring, controlling or regulating
    • B29B7/728Measuring data of the driving system, e.g. torque, speed, power, vibration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/74Mixing; Kneading using other mixers or combinations of mixers, e.g. of dissimilar mixers ; Plant
    • B29B7/7404Mixing devices specially adapted for foamable substances
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/74Mixing; Kneading using other mixers or combinations of mixers, e.g. of dissimilar mixers ; Plant
    • B29B7/7404Mixing devices specially adapted for foamable substances
    • B29B7/7409Mixing devices specially adapted for foamable substances with supply of gas
    • B29B7/7414Mixing devices specially adapted for foamable substances with supply of gas with rotatable stirrer, e.g. using an intermeshing rotor-stator system
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/74Mixing; Kneading using other mixers or combinations of mixers, e.g. of dissimilar mixers ; Plant
    • B29B7/7404Mixing devices specially adapted for foamable substances
    • B29B7/7409Mixing devices specially adapted for foamable substances with supply of gas
    • B29B7/7419Mixing devices specially adapted for foamable substances with supply of gas with static or injector mixer elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/74Mixing; Kneading using other mixers or combinations of mixers, e.g. of dissimilar mixers ; Plant
    • B29B7/76Mixers with stream-impingement mixing head
    • B29B7/7615Mixers with stream-impingement mixing head characterised by arrangements for controlling, measuring or regulating, e.g. for feeding or proportioning the components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/74Mixing; Kneading using other mixers or combinations of mixers, e.g. of dissimilar mixers ; Plant
    • B29B7/76Mixers with stream-impingement mixing head
    • B29B7/7631Parts; Accessories
    • B29B7/7647Construction of the mixing conduit module or chamber part
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/80Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/82Heating or cooling
    • B29B7/823Temperature control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • B29B7/80Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/82Heating or cooling
    • B29B7/826Apparatus therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34Auxiliary operations
    • B29C44/3442Mixing, kneading or conveying the foamable material
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/02Subsoil filtering
    • E21B43/08Screens or liners
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/02Subsoil filtering
    • E21B43/10Setting of casings, screens, liners or the like in wells
    • E21B43/103Setting of casings, screens, liners or the like in wells of expandable casings, screens, liners, or the like
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/02Subsoil filtering
    • E21B43/10Setting of casings, screens, liners or the like in wells
    • E21B43/103Setting of casings, screens, liners or the like in wells of expandable casings, screens, liners, or the like
    • E21B43/108Expandable screens or perforated liners
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/27Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/272Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces
    • B01F27/2722Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces provided with ribs, ridges or grooves on one surface
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2375/00Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/04Polyurethanes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

FRAMGANGSMÅTE FOR Å LAGE TILPASSBARE MATERIALER FOR
BRØNNFILTRE
OMRÅDET FOR OPPFINNELSEN
[001] Området for den foreliggende oppfinnelsen gjelder materialer for brønnfiltre og mer spesielt materialer som kan utvide seg slik at de fyller ringrommet i et regulært eller irregulært formet borehull. Materialet skummes opp for å få en forhåndsbestemt cellestørrelse som kan lette filtrert produksjonsstrømning gjennom det tilpassbare materialet.
BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN
[002] Kjent teknikk omfatter ulike framgangsmåter for isolasjon, filtrering og produksjonskontroll i borehull, deriblant anvendelser innenfor området olje- og gassutvinning. Før ble ringrommet i et borehull, utenfor filteret i en rørstreng, fylt med grus for å hindre produksjon av uønsket sand eller annet fingods fra en formasjon. I senere tid, da rørutvidelsesteknologien kom, tenkte man at behovet for gruspakking kunne elimineres dersom filteret kunne utvides på stedet for å eliminere det omkringliggende ringrommet som før hadde vært pakket med grus. Det oppstod problemer med filterutvidelsesteknikken som en erstatning for gruspakking på grunn av irregulariteter i borehullformen. Senere er derfor bruken av tilpassbare materialer til slike anvendelser oppgitt. Det tilpassbare materialet, i form av et ringformet lag rundt filteret eller annen støtte fra en rørstreng, utvider seg tilstrekkelig etter å være kjørt ned i borehullet slik at det kommer i kontakt med borehullet og fyller det omkringliggende ringrommet. For eksempel er det designet ulike filtersammenstillinger med et ytre lag som kan tilpasses til borehullformen når de utvider seg. Slike designer er beskrevet i U.S. Patent Pub.2009/0130938, US patent nr.7 318481, og US Patent Pub.2010/0089565. I én utførelsesform velges det et materiale som utvider seg etter at det er kommet i kontakt med borehullfluider.
[003] Patentpublikasjonen US2006131791A1 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av en polyuretanstøpt artikkel fra en polyisocyanatforbindelse, en polyolblanding inneholdende polyol, en katalysator og et tverrbindingsmiddel, og et esemiddel, I et enkelt trinn fremstilles en støpt artikkel av polyuretanskum som har variable verdier av «skin». US5958991 A beskriver en fremgangsmåte for å produsere en kontrollert blanding av polyol og blåsemiddel for bruk ved fremstilling av polyuretanskum. US4866103 A beskriver en fremgangsmåte for å produsere polyisocyanatbaserte cellulære elastomerer.
[004] Det er beskrevet selvtilpassende utvidbare filtre som omfatter herdbar formminnepolymerskum med åpne celler. Formminnematerialer er materialer som har evnen til å komme tilbake fra en deformert tilstand (midlertidig form) til sin opprinnelige (permanente) form indusert av en ekstern stimulus eller utløser. Formminneeffekten av disse materialene kan utløses av for eksempel temperaturendring, et elektrisk eller magnetisk felt, lys, endring i pH, eller på andre måter. Formminnematerialer omfatter typisk viskoelastiske polymerer som kan eksistere i to distinkte tilstander og oppvise enten egenskapene til et glass (høy modul) eller egenskapene til en gummi (lav modulus).
[005] Mekaniske egenskaper og filtreringsegenskaper ved det tilpassbare materialet som er i stand til å filtrere produksjonsstrømning, er sterkt avhengige av mikrocellestrukturen, blant annet gjennomsnittlig cellestørrelse. Slike egenskaper kan også være avhengige av porehalsgeometri. Én framgangsmåte for å tilveiebringe en mikrocellestruktur er å skumme opp en polymer. Det har imidlertid vært vanskelig og uforutsigbart å kontrollere skummingsprosessen. Derfor er det behov for en forbedret framgangsmåte for å lage et tilpassbart skummateriale med en ønsket forhåndsdesignet mikrocellestruktur.
[006] Det ville vært svært ønskelig og viktig å finne en framgangsmåte for å lage et tilpassbart mikrocelleskummateriale som kan utfoldes som et element ved en spesifikk posisjon nede i et borehull, der dette materialet kan oppnå ønsket tilpassbarhet og filtrering for isolasjon og produksjonskontroll i borehullet. Generelt ønskes det større versatilitet for slike materialer og produksjonsmåten deres, ettersom dette gir større fleksibilitet i design av filtersammenstillinger og gir operatøren større fleksibilitet i design av deres plassering og konfigurering for bruk i borehull.
[007] Disse og andre fordeler ved den foreliggende oppfinnelsen vil bli mer åpenbare for fagpersoner ved en gjennomgang av beskrivelsen av den foretrukne utførelsesformen og kravene nedenfor.
SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN
[008] Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en framgangsmåte for å kontrollere mikrocellestrukturen i tilpassbare materialer som omfatter en polymerskumsammensetning, ved å variere kvaliteten av komponentblandingen under produksjon av materialet.
[009] Foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en framgangsmåte for å lage et borehulltilpassbart filtreringsmateriale ved reaksjonssprøyteforming som angitt i det selvstendige krav 1. Framgangsmåten omfatter:
å tilveiebringe en første komponent fra en første matetank ved en første strømningshastighet, via en første ledning, til en blandeanordning;
å tilveiebringe en andre komponent fra en andre matetank ved en andre strømningshastighet, via en andre ledning, til blandeanordningen, der den andre komponenten reagerer med den første komponenten, og der et skummiddel er til stede i den første komponenten, den andre komponenten og/eller føres separat inn i blandeanordningen;
å blande den første komponenten og den andre komponenten i blandeanordningen, slik at det dannes en reaksjonsblanding;
å føre reaksjonsblandingen inn i en sprøyteformingsanordning; og
å forme reaksjonsblandingen, slik at det dannes et skummateriale;
hvorved blandingen av reaksjonsblandingen justeres eller kontrolleres slik at det effektivt oppnås en ønsket forhåndsbestemt gjennomsnittlig cellestørrelse i skummaterialet. Dette gjøres ved å bruke en blandeanordning som omfatter et skovlhjul. Alternativt omfatter blandeanordningen en strålestøtblander.
[0010] Størrelsen på cellene som dannes av det tilpassbare skummaterialet, kan tilpasses med eller uten ytterligere prosessering av materialet, slik at produksjonsstrømning tillates samtidig som det filtreres ut uønsket sand eller annet fingods.
[0011] I én utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen kontrolleres den gjennomsnittlige cellestørrelsen i et polyuretanskummateriale ved å variere kvaliteten av blandingen av minst to komponenter, der én komponent omfatter en polyol og en andre komponent omfatter en isocyanatforbindelse. Det resulterende materialet er i stand til å tilpasses til en borehullform etter å være ført inn i borehullet.
KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE
[0012] Fig. 1 er et skjematisk diagram av én utførelsesform av reaksjonssprøyteformingsframgangsmåten i den foreliggende oppfinnelsen;
[0013] Fig. 2 viser et planriss av et roterende blandehode som kan brukes i reaksjonssprøyteformingsframgangsmåten i fig.1;
[0014] Fig.3(a) og 3(b) viser fotomikrografbilder av tilpassbare skummaterialer laget i henhold til reaksjonssprøyteformingsframgangsmåten i den foreliggende oppfinnelsen, der blandingskvaliteten ble variert fra 45 snitt/g til 99 snitt/g, ved hjelp av rotasjonsblanding som beskrevet i eksempel 1;
[0015] Fig. 4(a) viser en graf der cellestørrelsen i et tilpassbart skummateriale er plottet mot temperaturen av en polyolkomponent i reaksjonsblandingen som brukes i en reaksjonssprøyteformingsframgangsmåte som beskrevet i eksempel 1;
[0016] Fig.4(b) viser en graf der cellestørrelsen i et tilpassbart skummateriale er plottet mot et mål på blandingskvalitet i henhold til den foreliggende framgangsmåten som beskrevet i eksempel 1;
[0017] Fig.5(a) og 4(b) viser bilder av tilpassbare skummaterialer laget i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, der blandingskvaliteten ble variert ved hjelp av strålestøtblanding, slik at det ble produsert (a) grove celler og (b) fine celler som beskrevet i eksempel 2; og
[0018] Fig.6(a) og 6(b) viser fotomikrografbilder av tilpassbare skummaterialer laget i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, der blandingskvaliteten ble variert ved hjelp av strålestøtblanding, slik at det ble produsert (a) grove celler og (b) fine celler som beskrevet i eksempel 2.
DETALJERT BESKRIVELSE
[0019] Det tilpassbare skummaterialets mekaniske egenskaper og filtreringsegenskaper kan være sterkt avhengige av dets mikrocellestruktur. Det er overraskende påvist at den gjennomsnittlige cellestørrelsen hos et tilpassbart skummateriale effektivt kan kontrolleres i en reaksjonssprøyteformingsframgangsmåte basert på kvaliteten av blandingen av en første komponent og en andre komponent i en blandeanordning.
Reaksjonsblandingen kan deretter føres inn i en sprøyteformingsanordning og formes slik at den danner det tilpassbare skummaterialet. Patentsøkere har påvist at å øke kvaliteten på blandingen (for en gitt sammensetning av reaksjonsmidler og tilsetningsmidler med ellers fastlagte prosessbetingelser) i enten strålestøtbaserte blandehoder eller skovlhjulbaserte blandehoder kan gi kontrollert dannelse av en mindre gjennomsnittlig cellestørrelse i det resulterende tilpassbare skummaterialet.
[0020] Dermed kan blandingen av reaksjonskomponentene justeres slik at det oppnås en ønsket gjennomsnittlig cellestørrelse hos det tilpassbare skummaterialet. I én utførelsesform er den gjennomsnittlige cellestørrelsen i skummet rundt 0,2 mm til 7 mm, fortrinnsvis rundt 1 mm. Ved hjelp av den foreliggende framgangsmåten kan den samme sammensetningen brukes til å produsere ulike skumtyper med ulik gjennomsnittlig cellestørrelse ved å justere eller endre blandingskvaliteten. Alternativt kan parameterne i framgangsmåten settes i en framgangsmåte for en gitt sammensetning for å oppnå en forhåndsbestemt cellestørrelse. I én utførelsesform justeres eller kontrolleres framgangsmåten slik at det tilpassbare skummaterialet oppnår en mikrocellestruktur som er i stand til å filtrere formasjonsfluider i et borehull, etter at det tilpassbare skummaterialet har utvidet seg i borehullet. Filtrering skjer ved forbindelsespunktene mellom tilstøtende celler, dvs. ved porehalsene.
[0021] De tilpassbare skummaterialene som produseres i henhold til den foreliggende framgangsmåten, kan lages av en rekke polymeriske materialer, men er fortrinnsvis ett som utvider seg ved vedvarende eksponering for borehullfluider, slik at det bedre tilpasser seg irregulære former i et borehull. Det tilpassbare skummaterialet kan omfatte en herdbar polymersammensetning. Typisk vil det tilpassbare skummaterialet omfatte minst 10 vekt-%, ut ifra den totale mengden faste stoffer, av én eller flere polymerer, spesifikt det polymeriske reaksjonsproduktet av komponentene som blandes i prosessen.
[0022] I én utførelsesform er det tilpassbare skummaterialet sammensatt av et polymermateriale som er et viskoelastisk formminnemateriale. Denne typen materiale har den egenskapen at det gjenopprettes til sin opprinnelige form og størrelse, i en enveisprosess, når det utløses for eksempel ved å endre skummets temperatur, ved å eksponeres for borehullfluider i en lengre tidsperiode, eller ved hjelp av andre utløsingsmekanismer.
[0023] Tilpassbare skummaterialer som kan utvide seg, omfatter en lang rekke polymerer. Slike polymerer omfatter formminnepolymerer og kan være et polyuretan, et polyamid, et polyurea, en polyvinylalkohol, en vinylalkohol-vinylester-kopolymer, en fenolpolymer, en polybenzimidazol, en kopolymer som omfatter polyetylenoksidenheter, og kombinasjoner av dette. For eksempel omfatter kopolymer som inkluderer polyetylenoksidenheter, polyetylenoksid-/akrylsyre-/metakrylsyrekopolymer kryssforbundet med N, N’-metylen-bis-akrylamid, polyetylenoksid-/metakrylsyre-/N-vinyl-2-pyrrolidonkopolymer kryssforbundet med etylenglykoldimetakrylat, og polyetylenoksid-/poly(metylmetakrylat)-/N-vinyl-2-pyrrolidonkopolymer kryssforbundet med etylenglykoldimetakrylat. I én utførelsesform omfatter det tilpassbare skummaterialet et polyuretan som er laget ved å reagere en polykarbonatpolyol med et polyisocyanat. Slike polymerer kan være kjemisk eller i det minste fysisk kryssforbundet for å oppnå formminneegenskaper. En spesielt foretrukket polymer er polyuretan.
Polyuretan og polyureapolymerer produseres fortrinnsvis i en reaksjonssprøyteformingsframgangsmåte.
[0024] Tilpassbare skummaterialer kan omfatte en polymerblanding. Avhengig av den spesifikke bruken kan slike tilpassbare skummaterialer oppvise fordelaktige mekaniske egenskaper sammenliknet med ett som består av ren homo- eller kopolymerharpiks.
[0025] Egnede fysiske skummidler kan brukes i den foreliggende framgangsmåten, for eksempel CO2, N2 og HFK-er. Et blåsemiddel kan føres inn gjennom én eller flere porter i den polymerprosesserende anordningen, eller kan genereres inne i reaksjonsblandingen. Kjemiske blåsemidler kan også brukes. Et foretrukket blåsemiddel er karbondioksid, fortrinnsvis generert ved en in situ reaksjon med vann.
[0026] Med henvisning til fig.1 lagres i en reaksjonssprøyteformingsframgangsmåte vanligvis koreaksjonsmidler i separate matetanker 1 og 2, valgfritt med egnede blandehjelpemidler 3 og 4 og temperaturisolerende hjelpemidler, for eksempel vannkapper 5 og 6. Komponentene A og B i henholdsvis tank 1 og 2 pumpes av målepumpene 7 og 8 via ledningene 9 og 10 til varmeutvekslerne 15 og 16, og deretter blandehode 11 forbundet med en reaksjonssprøyteformingsanordning 12.
[0027] Reaksjonssprøyteformingssystemet kan også omfatte sirkulasjonspumper 13 og 14 for å returnere komponentene A og B til blandetankene 1 og 2 via varmeutvekslerne 15 og 16 ved hjelp av sirkulasjonsledningene 17 og 18. Konvensjonelle ventiler, blandere, tanker og liknende kan brukes til å konstruere systemet, som fagpersoner vil forstå.
[0028] Igjen med henvisning til fig. 1 kan framgangsmåten valgfritt omfatte prosesskontrollutstyr der en kontroller 19 (fortrinnsvis en programmerbar logisk kontroller) kan brukes til å kontrollere målepumpen for å oppnå en ønsket volum-, massestrømnings- eller strømningshastighet. Kontrolleren kan også brukes til å kontrollere temperaturen til varmeutvekslerne 15 og 16 og dermed temperaturen til komponent A og B som kommer inn blandehodet 11. Som nevnt ovenfor kan de to komponentene blandes sammen i blandehodet enten via strålestøtmekanisme eller ved hjelp av en skovlhjulblander. I tilfellet av en skovlhjulblander kan blanderhastigheten kontrolleres ved hjelp av elektrisk forbindelse til kontrolleren 19. Strømnings- og temperatursensorer kan også forbindes med kontrolleren 19. Andre prosessvariabler som kan kontrolleres, omfatter komponentenes massestrømningshastighet og trykket i strømningssløyfen.
[0029] I én utførelsesform, som for eksempel kan brukes til å lage et tilpassbart polyuretanskummateriale, lagres diisocyanat- og polyolkomponenter i separate matetanker, der vann, kjedeforlengere, overflateaktive stoffer og katalysatorer forhåndsblandes med polyol.
[0030] Generelt kan polyuretanskum dannes av en reaktiv sammensetning som omfatter en organisk polyisocyanatkomponent som reagerer med en komponent som har flere hydroksylgrupper, et skumstabiliserende overflateaktivt stoff og en katalysator. Organiske polyisocyanater er på den generelle formelen Q(NCO)i, der i er et heltall med en gjennomsnittlig verdi større enn to, og Q er en polyuretanradikal med en valens på i. Q(NCO)i er derfor en sammensetning som konvensjonelt er kjent som en prepolymer. Slike prepolymerer dannes ved å reagere et støkiometrisk overmål av et polyisocyanat som beskrevet ovenfor med komponenten som har flere hydroksylgrupper, for eksempel et polyhydroksyl-holdig materiale som beskrevet nedenfor.
[0031] Mengden polyisocyanat som brukes i den polyuretan-dannende sammensetningen, kan variere avhengig av den spesifikke anvendelsen polyuretanskummet lages for. Generelt er de totale -NCO-ekvivalentene til totale aktive hydroksylekvivalenter slik at de gir et forhold på 0,8 til 1,2 ekvivalenter av -NCO per ekvivalent av aktiv hydroksyl av det aktive hydroksyl-reaksjonsmiddelet, og fortrinnsvis et forhold på omrking 1,0 til 1,08 ekvivalenter av -NCO per aktiv hydroksyl.
[0032] Den aktive hydroksyl-holdige komponenten kan omfatte en blanding av ulike typer aktive hydroksyl-holdige komponenter, inkludert trioler, dioler og sammensetninger som har en gjennomsnittlig hydroksylfunksjonalitet større enn 3.
[0033] I én utførelsesform kan den aktive hydroksyl-holdige komponenten omfatte en polyesterpolyol, polyeterpolyol og/eller polykarbonatpolyol. Egnede polyesterpolyoler omfatter polykondenseringsprodukter av polyoler med dikarboksylsyrer eller ester-dannende avledninger av dette (som anhydrider, estere og halider), polylaktonpolyoler som kan oppnås ved hjelp av ring-åpnende polymerisering av laktoner i nærvær av polyoler, og polykarbonatpolyoler som kan oppnås ved å reagere karbonatdiestere med polyoler. Andre naturlige og syntetiske polypler kan selvfølgelig også benyttes, som fagpersoner vil forstå. I én utførelsesform kan den aktive hydroksylholdige komponenten være lineære polykarbonatpolyoler. De kan oppnås ved å reagere glykoler og sykliske estere av karbonsyre, for eksempel som beskrevet i U.S. patent nr.
4 131 731 til Lai et al.
[0034] I tilfellet med et tilpassbart polyuretanskummateriale, der polyuretanforbindelsene -NH-CO-O- produseres i reaksjonen mellom et diisocyanat og en polyol, skjer følgende reaksjon ved blanding:
O=C-N-R<1>-N=C=O HO-R<2>-OH → O=C=N-R<1>-NH-CO-O-R<2>-OH
[0035] I reaksjonen ovenfor representerer R<1 >og R<2 >uavhengig organiske divalente radikaler, avhengig av de spesifikke startmaterialene. Dersom en blanding av dioler og trioler brukes, blir polyuretanskummaterialet kryssforbundet. Et blåsemiddel som karbondioksidgass (CO2) kan dannes ved reaksjon med vann, ved et innhold på mindre enn 4 vekt-% i reaksjonsblandingen, med diisocyanatmonomer, i henhold til den følgende reaksjonen (der R<1 >og R<2 >fortsatt er definert som før).
O=C=N-R<1>-N=C=O H2O → O=C=N-R<1>-NH2 + CO2
[0036] Aminet i reaksjonen ovenfor kan deretter reagere med ytterligere diisocyanat slik at det dannes ureaforbindelser -NH-CO-NH- i henhold til den følgende reaksjonen:
O=C=N-R<1>-NH2 + O=C=N-R<1>-N=C=O → O=C=N-R<1>-NH-CO-NH-R<1>-N=C=O
[0037] Dermed inneholder den resulterende kopolymeren typisk mest polyuretan med noen polyureablokker. Situasjonen kan være enda mer kompleks, ettersom N-H-bindingene i både uretan- og ureaforbindelser kan knytte seg til isocyanatgrupper, slik at det dannes allofanat- og biuretforbindelser, som i sin tur kan føre til forgrening og kryssforbindelse av polymeren. Dessuten kan trimerisering av isocyanatgruppene med dannelse av isocyanurater også forekomme og være en ytterligere kilde for forgrening og kryssforbindelse. I tillegg til kompleksiteten av kjemiske reaksjoner som er involvert i polyuretanpolymeriseringsprosessen, kan mikrocelledannelse også påvirkes av overflatespenning og reologi hos reaksjonsblandingen.
[0038] For en slik kompleks prosess representerer det en viktig teknisk oppdagelse å finne en direkte relasjon mellom en spesifikk prosesseringsbetingelse og en resulterende fysisk egenskap ved det tilpassbare skummaterialet. Ettersom mekaniske egenskaper hos mikrocellematerialer er avhengige av cellenes form og struktur, gjør kontroll av cellestørrelsen i skummet det mulig å variere de mekaniske egenskapene hos det tilpassbare skummaterialet uten å gjøre endringer i selve polymeren. I tilfellet med tilpassbare skummaterialer, spesifikt for sandfiltre i et borehull, kan det å variere cellestørrelsen også bety å sette en grense for porehalsstørrelsen og dermed justere sandfilterets filtreringsegenskaper.
[0039] Patentsøkere har overraskende påvist at å øke blandingskvaliteten av reaksjonskomponenter ved enten strålestøting eller skovlhjulblanding, ved hjelp av tilsvarende blandeanordninger eller -hoder, fører til at det dannes mikrocelleskummaterialer med mindre cellestørrelse. Særlig i én utførelsesform, ved blanding ved hjelp av skovlhjul, ble et nyttig mål på blandingskvaliteten, spesifikt for filtreringsanvendelser som involverer tilpassbare skummaterialer, funnet å ligge omkring 14–150 snitt/g, mer fortrinnsvis omkring 90 snitt/g. I en annen utførelsesform av framgangsmåtenn, ved blanding ved hjelp av strålestøting, ble et nyttig mål på blandingskvaliteten, spesifikt for filtreringsanvendelser som involverer tilpassbare skummaterialer, funnet å ligge omkring 5–40 kg-m/s<2>, fortrinnsvis rundt 20 kg-m/s<2>.
[0040] En ønsket blandingskvalitet kan oppnås ved å endre den første komponentens strømningshastighet, den andre komponentens strømningshastighet, eller strømningshastigheten til både den første og den andre komponenten som reaksjon på ønsket gjennomsnittlig cellestørrelse i skummaterialet. I tilfellet med skovlhjulblanding, kan variasjon i rotasjonshastigheten også endre blandingskvaliteten.
Strømningshastigheten kan kontrolleres ved hjelp av en målepumpe, og strømningen kan observeres av en strømningsmåler, for eksempel en mekanisk, trykkbasert eller optisk strømningsmåler. Andre typer strømningsmålere som kan korrigere for varierende temperaturforhold (dvs. tetthet), ikke-lineariteter og fluidegenskaper, er også tilgjengelige, inkludert magnetiske og ultrasoniske strømningsmålere.
[0041] Temperaturen til den første komponenten og/eller den andre komponenten kan i tillegg til å påvirke strømningshastigheten også påvirke viskositeten til reaksjonsblandingen, noe som kan påvirke celledannelsen. For eksempel justeres i én spesifikk utførelsesform som involverer et spesifikt par av isocyanat-/polyolreaksjonsmidler, temperaturen til den første komponenten (A) og temperaturen til den andre komponenten (B) før de føres inn i blandeanordningen, til henholdsvis en første temperatur i området 20 til 65 ºC, fortrinnsvis rundt 30 °C, og en andre temperatur i området 80 til 115 ºC, fortrinnsvis rundt 87 °C. I tilfellet med et polyuretanskummateriale gjelder den andre temperaturen den hydroksyl-holdige komponenten (B). (Valgfritt kan hydroksylgruppene i komponent (B) i den foreliggende framgangsmåten byttes ut med aminogrupper, noe som fører til ureaforbindelser.) For kontrollformål kan temperaturen til komponent A og B observeres med for eksempel et termoelement.
[0042] Enten automatisk og/eller manuell kontroll kan anvendes i den foreliggende framgangsmåten. For eksempel kan temperaturen (og dermed viskositeten) til den første komponente og/eller den andre komponenten kontrolleres automatisk i kombinasjon med strømningshastigheten (for eksempel massestrømningshastighet eller strømningshastighet) til den første og den andre komponenten, slik at det påvirker blandingskvaliteten.
[0043] I tilfellet med skovlhjulblanding kan kvaliteten av komponentblandingen kvantifiseres av verdien som kalles “blandingsenergien”, definert som antall snitt blandehodet på blanderen gjør gjennom et element av fluidet som blandes i en tidsperiode som er proporsjonal med rotasjonshastigheten til blandehodet og motsatt proporsjonalt med komponentenes massestrømningshastighet gjennom blandehodet. Dette kan forklares med henvisning til at skovlhjulblanding anvender en rotasjonsskjærende type av blander 20, som vist i fig.2. Blanderen 20 omfatter en mengde etasjer eller grupper 21 som hver har en mengde spiralformede kniver 22. Denne blanderen forbundet til en aksel 23 passer i et hus (ikke vist) og roterer mens komponentene A og B føres inn nær akselskaftet. Komponentstrømningen tvinger blandingen til å passere hver etasje med spiralformede kniver. Idet hver kniv beveger seg gjennom komponentene, skjærer kniven gjennom komponentene og drar komponentene gjennom hverandre og interfolierer kjemikaliene, slik at de blandes.
[0044] Blandingskvaliteten kan karakteriseres av totalt antall snitt knivene kan lage gjennom en gitt del av blandingen idet den skyves fra inngang til utgang. Dette er en funksjon av doseringshastigheten, blanderhastigheten og antall kniver på blanderen. Gitt strømningshastigheten m’ (g/s), antall kniver i hver knivgruppe Nc (snitt/omdreining/gruppe), antall knivgrupper Nb (grupper), og blanderhastigheten Sm (o/min), er en likning for snitt per gram for blandeelement N:
N=Nc x Nb x Sm / (60 s/min x m’) (snitt/gram) (1) Blandingskvalitetparameteren (snitt/gram) kan brukes under utviklingstesting for cellestørrelse for å holde blandingsbidraget tålig konstant (eller variere det på en kontrollert måte) mens andre prosessparametere varieres, som temperatur, kjemiske komponenter, eller doseringshastighet.
[0045] For eksempel er det av og til nødvendig av prosesseringshensyn å variere strømningshastigheten. Dette kan for eksempel inntreffe når det endelige produktets form kontrolleres mot temperaturvariasjon i komponentene. Når komponenttemperaturen senkes, øker viskositeten, og av og til er det nødvendig å senke komponentstrømningshastigheten for å unngå problemer med pumpen. Dersom blandingskvaliteten skal holdes lik (for å unngå variasjoner som forårsakes av blandingskvaliteten), er det bare nødvendig å opprettholde det samme forholdet av blandehodehastighet til komponentdoseringshastighet.
[0046] Den gjennomsnittlige cellestørrelsen kan også påvirkes av formelen (inkludert overflateaktive stoffer), reaksjonshastigheten (gel), blåsemiddelet og andre faktorer. Reaksjonshastigheten påvirkes i sin tur av blandingskvaliteten, ettersom de reagerende species gjennomsnittlig ligger tettere sammen for bedre blanding. Når domenene til de ulike komponentene er store (dårlig blanding), er de diffusjonsbegrensede reaksjonene tregere enn når domenene er mindre.
[0047] For støtblanding i en framgangsmåte i henhold til den foreliggende oppfinnelsen føres komponentene A og B inn i en blandingskammer på en slik måte at det sørges for at komponentstrømningene støter mot hverandre. Dette kan tilveiebringe blanding ved hjelp av en svært turbulent strømning. Forsøk på å kvantifisere turbulent blanding er rapportert i litteraturen, men prosessen er fortsatt ikke godt forstått. Se Y. Huai og A. Sadiki, Analysis and Optimization of Turbulent Mixing with Large Eddy Simulation, FEDSM2006-98416, Proceedings of the 2006 ASME Joint U.S.-European Fluids Engineering Summer Meeting, ASME, 2006, s.2.
[0048] Blandingskvaliteten i støtstrømninger er tidligere vurdert med hensyn til Reynolds-tallet (Re = tetthet x hastighet x diameter / dynamisk viskositet). Se for eksempel N. A. Mouheb et al., Numerical Study of the Flow and Mass Transfer in Micromixers, ICNMM2008-62273, Proceedings of the Sixth International ASME Conference on Nanochannels, Microchannels and Minichannels, ASME, 2008, s.3. Reynolds-tallet er ett av flere dimensjonsløse tall som brukes på området fluidmekanikk som en måte å indeksere data på, ment som en måte å finne ekvivalenser mellom eksperimenter på liten og på stor skala. For eksempel er det nyttig for å bestemme friksjonsfaktoren i rørstrømning, der diameteren forstås å være rørdiameteren. I den grad diameteren i et blandingsproblem reflekterer størrelsen av støtstrømningene, er bruken av Reynolds-tallet analog med annen bruk. I tilfellet med turbulent strømning skjer imidlertid prosessene i et volum som ikke nødvendigvis bestemmes av diameteren på blanderens inngangsrør. Dermed har patentsøkerne utviklet et forbedret mål som kan brukes i den foreliggende framgangsmåten.
[0049] I inelastiske kollisjoner konserveres ikke kinetisk energi (deformeringsprosesser sprer energi som varme og intern energi i de kolliderende legemene; total energi bevares). Ved inelastiske kollisjoner bevares imidlertid momentet. I tillegg er en endring i moment direkte relatert til kreftene som påføres:
der F er kraft, t er tid og p er moment (masse x hastighet). I en inelastisk kollisjon deformerer de påførte kreftene de kolliderende partiklene. I et fluid er en kraft som påføres i skjær, relatert til skjæringshastigheten gjennom fluidets viskositet. Skjæring i kombinerte fluider er knyttet til blanding.
[0050] For å bruke en kvantitet som er relatert til blandingsprosessen i støtblanding for å indeksere eksperimentresultater valgte patentsøkerne momentendringshastigheten som en slik kvantitet. For to fluider som strømmer sammen inn i et plenum (som i en støtblander), og som blander seg og strømmer ut i rett vinkel på innstrømningsretningene, er endringshastigheten i momentet:
p’ = m’ x V (3)
Hastigheten V = m’/ (tetthet / strømningsareal), så p’=(m’)<2>/strømningsareal / tetthet. For støtstrømninger som ikke har samme tetthet, bør momenthastigheten være den samme for hver strømning, så langt som mulig med hensyn til andre prosesskrav.
Momenthastigheten kan brukes som en del av initialbetingelsene under utvikling, på en måte som er analog med å bruke “snitt per gram” sammen med rotasjonsblandingen som er diskutert før. Blandingsdynamikken påvirkes imidlertid av fluidets viskositet, som i sin tur kan påvirkes av temperaturen, fyllingskvantitet og liknende. Selv om denne momenthastigheten påvirkes av ulike innstillinger og materialendringer, har den vist seg å være et effektivt mål for bruk i utviklingsarbeid, for eksempel når det gjelder en ny sammensetning som likner en tidligere studert sammensetning.
[0051] I tilfellet strålestøtblanding kan blandingskvaliteten kontrolleres på grunnlag av injeksjonshastigheten til én av komponentene når injeksjonshastigheten til den andre komponenten må velges for å gi det støkiometriske forholdet. Forsøk kan brukes til å finne en grov ekvivalens mellom støtblandingsparameteren (for et rotasjonsblandehode) (snitt / gram) og den kaotiske blandingsparameteren (tidsverdi for momentendring).
[0052] Uten noe ønske om å være bundet av teori, er en mulig forklaring på korrelasjonene beskrevet ovenfor når det gjelder blandingskvalitet at i henhold til Young-Laplace-likningen er gasstrykket i de mindre boblene høyere for samme verdi av overflatespenningen. Derfor foretrekker boblene på grensesnittet med atmosfæren å vokse, danne kjerner, eller kollapse, slik at gasstrykket inne i dem reduseres. Trykket inne i boblene i laget tilstøtende grensesnittcellene blir ubalanserte, og dermed har de indre cellelagene også en tendens til å vokse eller danne kjerner. Denne veksten kan begrenses av økt viskositet og overflatespenning hos den reagerende blandingen etter som polymeriseringen skrider fram. Forbedret blandingskvalitet fører til et større antall kontakter mellom de reaktive punktene hos polyol og isocyanat, som fremmer polymeriseringen, noe som fører til mindre skumceller. Forbedret blandingskvalitet fører også til et større antall kontakter mellom vannmolekyler og reaktive punkter hos isocyanatet, noe som fører til at det dannes et større antall kjernedanningspunkter for de CO2-fylte mikroboblene. Dette kan også bidra til dannelsen av et større antall skumceller med en mindre diameter.
[0053] Dermed påvirker blandingskvaliteten polymeriseringsreaksjonene ved å hjelpe diffusjonen av species (bedre interfoliering av komponentene A og B).
Temperaturprofilen bekrefter at reaksjonhastighetene påvirkes av blandingskvaliteten. I sin tur påvirker oppvarmingshastigheten på grunn av eksotermen (påvirket av blandingskvalitet) reologien. Kryssforbindelser og lineære forbindelser endrer viskositeten ved en hvilken som helst temperatur, og den økende temperaturen reduserer viskositeten etter som reaksjonene skrider fram.
[0054] I forbindelse med Young-Laplace-mekanismen for cellekonsolidering kan overflateaktive stoffer (som brukes til å stabilisere eller destabilisere celler) variere i effektivitet avhengig av temperatur. I tillegg er den cellegjennomborende (destabiliserende) effektiviteten en funksjon av celleveggtykkelse samt en funksjon av geltilstanden (polymerisering eller vulkanisering). Dermed kan temperaturen, påvirket av blandingskvaliteten, være et nyttig verktøy for å modifisere atferden til overflateaktive stoffer eller polymerer. En forhåndsbestemt kombinasjon av prosess og kjemi kan føre til en ønsket cellestruktur.
[0055] Forholdet mellom cellestørrelse og blandingskvalitet kan påvirkes av reaksjonsblandingens formulering (eller spesifikke sammensetning). For eksempel ble det ved bruk av én formulering påvist at å senke komponenttemperaturen og blandingskvaliteten fører til en tregere eksoterm, noe som gir større celler. Forskjellen i cellestørrelse var moderat, og den resulterende prosessen var ganske robust. Ved bruk av en annen formulering som inneholdt en ulik type overflateaktivt stoff, var det imidlertid en plutselig endring i cellestørrelse når blandingsenergien ble senket et inkrement i injeksjonshastigheten av isocyanat fra 1343 g/s til 895 g/s, men relativt mindre endring resulterte fra ytterligere endring til 448 g/s. Dermed kan ulike formuleringer karakteriseres med endringshastighet i gjennomsnittlig cellestørrelse som reaksjon på blandingskvalitet.
[0056] I én utførelsesform involverer framgangsmåten å lage et tilpassbart formminnepolyuretanskummateriale som omfatter å blande en første isocyanatdel (som omfatter et isocyanat) med en første polyoldel (som omfatter en polyol) i et forhåndsbestemt forhold av polyol til isocyanat, slik at det dannes et polyuretanmateriale med en ønsket initiell glassomvandlingstemperatur (initiell Tg). Framgangsmåten kan i tillegg involvere å endre den geometriske formen av skummaterialet ved en temperatur over initiell Tg for å endre den opprinnelige geometriske formen til en endret geometrisk form. Videre kan framgangsmåten involvere å senke temperaturen til den endrede geometriske formen av materialet til en temperatur under initiell Tg, der hvert material opprettholder sin endrede geometriske form. Ulike forhold av polyol til isocyanat kan brukes for å tilveiebringe en polyuretansammensetning med ulike initielle Tg.
Endringskurven under omvandlingstilstanden fra glasstilstand til gummitilstand kan også variere, noe som gjør at de endrede geometriske formene av formminnematerialet kan gjenopprette sin opprinnelige geometriske form ved ulike gjenopprettingshastigheter, som beskrevet i felles overdratt sam-inngitt U.S. Patent Pub.2010/0089565.
[0057] For å få bedre termisk stabilitet og hydrolysemotstand lages tilpassbare polyuretanskummaterialer fortrinnsvis av polykarbonatpolyoler og MDI-diisocyanater. Sammensetningen av polyuretanet kan formuleres slik at det oppnås ulike glassomvandlingstemperaturer som egner seg til å innfri de fleste temperaturkrav ved bruk i borehull.
[0058] I én spesifikk utførelsesform er polyuretanmaterialet et formminnemateriale som er ekstremt seigt og sterkt og som er i stand til å endres geometrisk og gjenopprettes til vesentlig sin opprinnelige geometriske form. Tg hos formminnepolyuretanmaterialet kan strekke seg fra omkring 40 °C til omkring 200 °C, og materialet kan endres geometrisk ved mekanisk kraft ved 40 ºC til 190 °C.
[0059] I én utførelsesform kan de tilpassbare skummaterialene som lages ved den foreliggende framgangsmåten, deretter dekkes med en termisk fluid-nedbrytbar rigid plast, som polyesterpolyuretanplast og polyesterplast. Med termen “termisk fluidnedbrytbar plast” menes en hvilken som helst rigid, fast polymerfilm, belegg eller dekke som kan brytes ned når det utsettes for et fluid, f.eks. vann eller hydrokarbon eller en kombinasjon av disse og varme. Dekket kan formuleres til å være nedbrytbart innenfor et spesifikt temperaturområde, slik at det innfrir den påkrevde anvendelsen eller borehulltemperaturen i den påkrevde tidsperioden (f.eks. timer eller dager) under innkjøring. Tykkelsen av dekket og typen av nedbrytbar plast kan velges slik at anordninger av tilpassbart formminnemateriale holdes fra å gjenopprettes under innkjøring. Når materialet i en egnet filtersammenstilling først er på plass nede i borehullet en gitt mengde tid og temperatur, brytes den nedbrytbare plasten ned, noe som lar anordningene gjenopprette sin opprinnelige geometriske form eller tilpasse seg den indre veggen av borehullet. Med andre ord kan dekket som hemmer eller hindrer formminnematerialet i å vende tilbake til sin opprinnelige geometriske posisjon eller å bli utfoldet før tiden, fjernes ved å løses opp, f.eks. i et vandig eller hydrokarbonfluid, eller ved termisk nedbryting eller hydrolyse, med eller uten anvendelse av varme, i et annet ikke-begrenset eksempel ved å destruere kryssforbindelsene mellom polymerkjedene i materialet som utgjør dekket.
[0060] I én utførelsesform brukes ulike forhold av polyol til isocyanat for å tilveiebringe polyuretanpolymerer med variable Tg i hele det formede tilpassbare skummaterialet. Dette kan la polymeren som formes, ha unike egenskaper, som at ulike seksjoner av borehullverktøyet og/eller borehullanordningen undergår formminnepåvirkning idet temperaturen endres inne i borehullet, som ved oppvarming eller nedkjøling. Mengden av kryssforbindelser kan også brukes til å påvirke det tilpassbare skummaterialets Tg for bruk i filtrerings- eller sandkontrollanvendelser. Etter at ulike måltemperaturer er gjennomgått, kan det tilpassbare skummaterialet utfoldes som et filter med ulike hastigheter, noe som åpner for myke, tilpassbare utfoldelser (for eksempel som et ytre lag eller flere lag) forsterket av hardt, rigid kompaktert skum (for eksempel som et indre lag eller flere lag).
[0061] Endring eller variasjon av injeksjonshastighetene under prosessering kan dermed åpne for inkorporerte lag av polyuretan med varierende nivåer av Tg. Til slutt vil de varierende Tg la deler av materialet utfoldes ved visse måltemperaturer, mens andre lag holdes passende endret og “frosne”. Det vil forstås at delene av materialet med ulike Tg kan være i diskrete, atskillbare lag eller deler på verktøyet eller anordningen, eller ikke.
[0062] I én utførelsesform av framgangsmåten kan en isocyanatreaksjonskomponentdel inneholde modifisert MDI MONDUR PC solgt av Bayer eller MDI prepolymer LUPRANATE 5040 solgt av BASF, og en polyolreaktantkomponentdel kan inneholde (1) en lineær polykarbonatdiol solgt av Stahl USA under handelsnavnet PC-1667; (2) en tri-funksjonell hydroksyl-kryssforbinder trimetylolpropan (TMP) solgt av Alfa Aesar; (3) en aromatisk diamin-kjedeekstender dimetyltiotoluendiamin (DMTDA) solgt av Albemarle under handelsnavnet ETHACURE 300; (4) en katalysator solgt av Air Products under handelsnavnet POLYCAT 77; (5) et overflateaktivt stoff solgt av Air Products under handelsnavnet DABCO DC198; (6) en celleåpner solgt av Degussa under handelsnavnet ORTEGOL 501, (7) et fargestoff solgt av Milliken Chemical under handelsnavnet REACTINT Violet X80LT; og (8) vann.
[0063] Den ekvivalente vekten av isocyanatdelen regnes ut fra prosentdelen av NCO-innhold (isocyanat). Den modifiserte MDI MONDUR PC som det er henvist til her, inneholder 25,8 % NCO etter vekt. Andre isocyanater som MDI prepolymer LUPRANATE 5040 solgt av BASF, som inneholder 26,3 % NCO etter vekt, kan også godtas. Den ekvivalente vekten til polyoldelen regnes ut ved å legge til de ekvivalente vektene av alle reaktive komponenter sammen i polyoldelen, som omfatter polyol, f.eks. PC-1667, vann, molekylær kryssforbinder, f.eks. TMP, og kjedeekstender, f.eks.
DMTDA. Glassomvandlingstemperaturen til det ferdige polyuretanskummet kan justeres via ulike kombinasjoner av isocyanat og polyol. Generelt er det slik at jo større isocyanatdelen er, desto høyere Tg oppnås. Mengden av kryssforbindelse kan også påvirke Tg som oppnås.
[0064] En annen komponent som kan omfattes i reaksjonsblandingen for det tilpassbare skummaterialet, er en kjedeekstender som i én spesifikk utførelsesform er dimetyltiotoluendiamin (DMTDA) solgt av Albemarle under handelsnavnet ETHACURE 300, et væskeformet aromatisk diaminkurativ som tilveiebringer bedre egenskaper for høy temperatur. Andre egnede kjedeekstendere omfatter, men er ikke begrenset til 4,4’-metylen-bis-(2-kloroanilin), “MOCA”, solgt av Chemtura under handelsnavnet VIBRA-CURE<® >A 133 HS, og trimetylenglykol-di-p-aminobenzoat, “MCDEA”, solgt av Air Products under handelsnavnet VERSALINK 740M.
[0065] I visse utførelsesformer omfattes enten amin-baserte eller metall-baserte katalysatorer for å oppnå gode egenskaper hos tilpassbare skummaterialer. Slike katalysatorer er kommersielt tilgjengelig fra selskaper som Air Products. Egnede katalysatorer som tilveiebringer spesielt gode egenskaper hos polyuretanskummaterialer, omfatter, men er ikke nødvendigvis begrenset til pentametyldipropylentriamin, en aminbasert katalysator solgt under handelsnavnet POLYCAT 77 av Air Products, og dibutyltindilaurat, en metall-basert katalysator solgt under handelsnavnet DABCO T-12 av Air Products.
[0066] En liten mengde overflateaktivt stoff, f.eks. omkring 0,5 % av total vekt, som det overflateaktive stoffet solgt under handelsnavnet DABCO DC-198 av Air Products, og en liten mengde celleåpner, f.eks. omkring 0,5 % av total vekt, som celleåpneren solgt under handelsnavnene ORTEGOL 500, ORTEGOL 501, TEGOSTAB B8935, TEGOSTAB B8871 og TEGOSTAB B8934 av Degussa, kan legges til i formuleringene av reaksjonsblandingene. DABCO DC-198 er et silikon-basert overflateaktivt stoff fra Air Products. Andre egnede overflateaktive stoffer omfatter, men er ikke nødvendigvis begrenset til fluorooverflateaktive stoffer solgt av DuPont under handelsnavnene ZONYL 8857A og ZONYL FSO-100. Fargestoff kan legges til i polyolkomponentdelen for å tilveiebringe ønsket farge i de ferdige produktene. Slike fargestoffer er kommersielt tilgjengelig fra selskaper som Milliken Chemical, som selger egnede fargestoffer under handelsnavnet REACTINT.
[0067] I én utførelsesform er forholdet mellom isocyanat og polykarbonatpolyol for eksempel omkring 1:1 etter vekt. I én spesifikk utførelsesform kan polyoldelen dannes av 46,0 g PC-1667 lineær polykarbonatdiol kombinert med 2,3 g TMP kryssforbinder, 3,6 g DMTDA kjedeekstender, 0,9 g DABCO DC-198 overflateaktivt stoff, 0,4 g ORTEGOL 501, 0,1 g REACTINT Violet X80LT fargestoff, 0,01 g POLYCAT 77 katalysator og 0,7 g vannblåsemiddel for å danne polyoldelen.
[0068] En reaksjonsblanding som inneholder isocyanatdelen og polyoldelen, kan blandes i en RIM-blander, for eksempel kommersielt tilgjengelig fra ulike produsenter, inkludert Gusmer Decker, Cannon og Krauss Maffei.
[0069] Det tilpassbare skummaterialet som på den måten produseres av den foreliggende framgangsmåten, er i sin opprinnelige, utvidede form. Tg hos materialet kan måles ved hjelp av dynamisk-mekanisk analyse (DMA) som 94,4 °C fra toppen av tapsmodul, G”. Det tilpassbare materialet kan endres geometrisk til minst 25 % av opprinnelig tykkelse eller volum ved temperaturen 125,0 °C i en avgrensende form. Mens materialet fortsatt er i den endrede geometriske tilstanden, kan det kjøles ned til romtemperatur. Formminnematerialet er i stand til å forbli i sin endrede geometriske tilstand også etter at påført mekanisk kraft er fjernet. Når materialet varmes opp til omkring 88 °C, i én ikke-begrensende versjon, er det i stand til å gjenopprettes til sin opprinnelige form innen 20 minutter.
[0070] Som det kan ses, gir et tilpassbart skummateriale som omfatter et formminnepolyuretan produsert fra en reaksjonsblanding som har mer isocyanat enn polyol etter vekt, generelt et materiale som har en høyere glassomvandlingstemperatur. (Dersom forholdet polyol til isocyanat er mindre enn én, kan resten kompenseres av en kryssforbinder.) En reaksjonsblanding med mindre isocyanat enn polyol etter vekt gir lavere Tg. Ved å formulere ulike kombinasjoner av isocyanat og polyol kan det oppnås ulike glassomvandlingstemperaturer for materialet. Sammensetninger av et formminnepolyuretan med en spesifikk Tg kan formuleres på grunnlag av faktisk temperatur ved utfoldelse/anvendelse nede i borehullet. I én ikke-begrensende versjon er Tg hos et formminnepolyuretan designet til å være omkring 20 °C høyere enn faktiske temperaturer ved utfoldelse/anvendelse nede i borehullet. Ettersom anvendelsestemperaturen er lavere enn Tg, opprettholder materialet gode mekaniske egenskaper.
[0071] Når det beskrives her at et formminnemateriale som produseres etter den foreliggende oppfinnelsen, kan tilpasses til et borehull, vil det si at materialet gjenopprettes eller utfolder seg slik at det fyller det tilgjengelige rommet opp til borehullveggen. Borehullveggen vil begrense den endelige, gjenopprettede formen av materialet og faktisk ikke la det utvide seg til sin opprinnelige geometriske form. På den måten vil imidlertid det gjenopprettede eller utfoldede formminnematerialet utføre den ønskede funksjonen inne i borehullet.
[0072] Skummet som lages initielt i framgangsmåten ved å danne bobler i en væskeformet polymer, som deretter herdes med boblene på plass for å danne det tilpassbare materialet, kan ha lukkede celler, åpne celler eller delvis åpne celler, og kan ha isotropisk eller anisotropisk strømning, celleaspekt, tetthet eller andre indre eller ytre egenskaper. I tilfellet med et relativt tett, isotropisk elastomerskum med lukkede celler, er det faste materialet som danner celleveggene i stand til å opprettholde en viss grad av deformering, ved hvilken tid celleveggene brister, mens kolonnene som dannes imellom ved celleveggrensesnitt, ikke brister. Dermed kan cellematerialet prosesseres videre for å tilveiebringe bedre strømnings- og filtreringsegenskaper. Celler kan åpnes, for eksempel ved hjelp av mekanisk knusehandling. Knusing er kjent teknikk når det gjelder generell celleåpning, for eksempel ved bruk av klemmevalser for å komprimere skum slik at cellene brister.
[0073] Som nevnt ovenfor kan det tilpassbare skummaterialet som produseres i henhold til den foreliggende framgangsmåten, brukes i en filtersammenstilling for bruk i et borehull. I én utførelseform kan det tilpassbare skummaterialet ha en indre diameter som gjør at det kan trekkes over et filtermateriale. Sammensetningen av filtermaterialet og de tilpassbare skummaterialene kan da trekkes over et grunnrør. Deretter kan et kjent utvidelsesverktøy brukes internt på grunnrøret for å utvide det litt, og som en følge av dette festes både filtermaterialet og det tilpassbare skummaterialet til grunnrøret uten behov for sveising. Dette er fordelaktig ettersom når filteret kjøres inn i borehullet og utvides, kan utvidelsesprosessen legge stor belastning på sveiseskjøtene, noe som kan få filteret til å svikte. En alternativ måte å tilveiebringe en filtersammenstilling på, er å feste filtermaterialet til grunnrøret på den måten som nettopp er beskrevet, og deretter herde de tilpassbare skummaterialene rett på filtermaterialet. Som et annet alternativ kan en beskyttende ytterkappe påføres over filtermaterialet og det tilpassbare materialet monteres ovenfor. Sammenføyningsprosessen, selv med den valgfritt perforerte beskyttelseskappen, er den utoverrettede utvidelsen innenfra grunnrøre, som før beskrevet. Den ytre beskyttelseskappen som går over filtermaterialet, beskytter filtermaterialet når det kjøres ned i borehullet. Slike beskyttelseskapper er et kjent produkt som har stansede åpninger og kan brukes valgfritt. Det tilpassbare skummaterialet kan imidlertid til en viss grad tilveiebringe den ønskede beskyttelsen av filtermaterialet under innkjøring.
[0074] Mikrocellene i det tilpassbare skummaterialet som det produseres av den foreliggende oppfinnelsen, kan fungere slik at det lar formasjonsfluider passere etter utvidelse. Hullene i filteret, hvis hull kan være runde, spor, eller andre former eller kombinasjoner av former, kan videre filtrere uønskede faste stoffer i formasjonsfluidene.
[0075] Det tilpassbare skummaterialet som lages av den foreliggende framgangsmåten, kan formes til en sylindrisk form, men denne kan varieres, for eksempel ved hjelp av konkave ender eller stripete områder, for å lette utfolding, for å bedre filtreringsegenskapene hos laget, eller av andre årsaker.
[0076] I én utførelseform kan et sylindrisk tilpassbart skummateriallag inkorporeres på et filter i et grunnrør eller direkte på grunnrøret ved å vikle et skumdekke med ønsket opprinnelig ytre diameter OD1. Alternativt kan framgangsmåten for å danne det tilpassbare skummateriallaget på grunnrøret eller filteret være en hvilken som helst annen framgangsmåte som fører til at det tilpassbare skummateriallaget har den ønskede opprinnelige diameteren. Den ønskede opprinnelige ytre diameteren OD1 er større enn borehulldiameteren (BHD) som sammenstillingen vil utfoldes i. For eksempel kan det dannes et tilpassbart skummateriallag med en opprinnelig ytre diameter OD1 på 10 tommer (inch) for bruk i et borehull med diameter 8,5 tommer (inch).
[0077] For eksempel kan det tilpassbare skummaterialet produseres slik at det har en omvandlingstemperatur bare litt over den forventede borehulltemperaturen ved dybden der sammenstillingen skal brukes. Dette kan få det tilpassbare skummateriallaget til å utvide seg ved temperaturen som finnes ved den ønskede dybden, og til å forbli utvidet mot borehullveggen. Borehulltemperaturen kan brukes til å utvide det tilpassbare materiallaget; alternativt kan det brukes andre hjelpemidler, som en separat varmekilde. En slik varmekilde kan være en wirelineanbrakt elektrisk ovn, eller en batteridrevet ovn. For eksempel kan en slik varmekilde monteres på grunnrøret, inkorporeres inne i det, eller på annen måte monteres i kontakt med det tilpassbare skummateriallaget. Ovnen kan kontrolleres fra overflaten av brønnanlegget, eller den kan kontrolleres ved hjelp av en tidsinnstillingsanordning eller en trykksensor. Enn videre kan det skapes en eksoterm reaksjon ved hjelp av kjemikalier som pumpes ned i borehullet fra overflaten, eller det kan genereres varme ved hjelp av et hvilket som helst annet egnet hjelpemiddel.
[0078] I én utførelseform kan det tilpassbare skumlagmaterialet som produseres ved hjelp av den foreliggende framgangsmåten, lages slik at det fungerer som det eneste filtreringsmiddelet uten bruk av noe annet filtreringsmateriale.
[0079] Framgangsmåten med å produsere det tilpassbare skummaterialet kan etterlate et ugjennomtrengelig belegg på hele den ytre periferien. Den ytre overflaten som til slutt har kontakt med borehullveggen, kan imidlertid få det ugjennomtrengelige laget revet av eller fjernet på annen måte, slik at det tilpassbare skummateriallaget kan monteres på et grunnrør eller et filter og kan fungere alene som det eneste filtreringsmaterialet eller sammen med et filter. Filteret kan konfigureres utelukkende for strukturell støtte av det tilpassbare materialet for å hindre det i å gå gjennom grunnrøret når brønnfluidene filtreres gjennom det, eller sløyfes helt. Alternativt kan endene av det tilpassbare skummaterialet oppe og nede i borehullet ha det ugjennomtrengelige laget fra formingsprosessen i produksjonen værende på seg, slik at de dirigerer strømning til åpningene i grunnrøret.
EKSEMPLER
[0080] I de følgende eksemplene ble det roterende blandingshodet brukt sammen med en ESCO benchtop-målemaskin. Støtblandehodet ble spesialdesignet, et blandehode med fire porter, med støtstrømmer designet til å konvergere ved midtaksen i blandingskammeret, der komponent A kommer inn diametralt motsatt komponent B, og der hver komponent injiseres på to porter.
EKSEMPEL 1
[0081] Dette eksempelet viser hvordan cellestørrelsen påvirkes av et roterende blandehode, som karakterisert av blandingskvalitet. En roterende blander av skjæringstype, som vist i fig.2, ble brukt i en reaksjonssprøyteformingsframgangsmåte som vist i fig.1. Blandingskvaliteten ble variert fra 14,4 snitt/g til 135 snitt/g.
Cellestørrelsen ble påvist å bli påvirket av blandingskvaliteten. Effekten av dette ses i figurene 3(a), 3(b), 4(a) og 4(b), og den medfølgende tabell 1 nedenfor.
TABELL 1
[0082] Likeledes viser fig.3(a) og 3(b) bilder av tilpassbare skummaterialer som ble laget, der blandingskvaliteten ble variert fra henholdsvis 45 snitt/g til 99 snitt/g, i samsvar med eksemplene 1c og 1d i tabell 1.
[0083] Fig. 4(a) viser en graf med cellestørrelse i det resulterende produktet versus polyoltemperatur for en reaksjonsblanding brukt i en framgangsmåte i henhold til den foreliggende framgangsmåten, mens fig.4(b) viser en graf med cellestørrelse versus blandingsmålet i henhold til den foreliggende framgangsmåten. Som korrelasjonskoeffisientene i disse figurene viser, er korrelasjonen på cellestørrelse sterkere med snitt/g enn med temperaturen hos polyolkomponenten. Korrelasjonen på cellestørrelse er også sterkere med snitt/g enn med temperatur hos isocyanatkomponenten, selv om det er en rimelig korrelasjon (R<2 >= 0,650). Dette siste er ikke et uventet resultat, ettersom blåsereaksjonen involverer isocyanatet, slik at temperaturen hos det burde påvirke produksjonshastigheten av blåsegass.
[0084] Dermed har blandingskvalitetsparameteren vist seg å være et effektivt mål, i ulike sammenhenger, for bruk i kontroll av gjennomsnittlig cellestørrelse av tilpassbare skummaterialer.
EKSEMPEL 2
[0085] Dette eksempelet viser hvordan cellestørrelsen for et tilpassbart skummateriale påvirkes av blandingskvaliteten i en sprøyteformingsframgangsmåte, der det anvendes en støtblanding. En reaksjonssprøyteformingsframgangsmåte som vist i fig. 1 ble utført med et støtblandehode, der blandingskvaliteten ble variert. Resultatene er vist i tabell 2 nedenfor.
[0086] I tilfellet med strålestøtblanding ble blandingskvaliteten kontrollert på grunnlag av injeksjonshastigheten til én av komponentene når injeksjonshastigheten til den andre komponenten må velges for å tilveiebringe det støkiometriske forholdet. Resultatene er vist i tabell 2.
TABELL 2
[0087] Som resultatene i tabell 2 viser, ble cellestørrelsen påvist å bli påvirket av blandingskvaliteten. Etter som injeksjonshastigheten til polyol øker fra 500 til 1000 til 1500 g/s, blir skumcellene stadig mindre.
[0088] Effekten av blandingskvaliteten ses også i figurene 5(a), 5(b), 6(a) og 6(b). Fig. 5(a) og 5(b) viser bilder av tilpassbare skummaterialer som ble laget ved hjelp av støtblandehodet, der blandingsparameteren ble variert for å produsere (a) grove celler og (b) fine celler. Fig.6(a) og 6(b) viser fotomikrografibilder av tilpassbare skummaterialer som ble laget i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, der blandingskvaliteten ble variert i samsvar med eksemplene 2a og 2b i tabell 2.
[0089] Det må forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til de eksakte konstruksjonsdetaljene, bruken, de eksakte materialene eller utførelsesformene som er vist og beskrevet, ettersom modifiseringer og ekvivalenter vil være åpenbare for en fagperson. Følgelig skal oppfinnelsen derfor bare begrenses av de vedlagte kravenes omfang. Videre skal patentteksten oppfattes på en illustrerende heller en begrensende måte. For eksempel forutsettes det at spesifikke komponentkombinasjoner for å lage polyuretan-/ureatermoplasten, spesifikke Tg, spesifikke borehullkonfigurasjoner av verktøy, designer og andre komposisjoner, komponenter og strukturer som faller innenfor parameterne som kreves, men som ikke er spesifikt identifisert eller utprøvd i en spesifikk framgangsmåte eller anordning, å ligge innenfor denne oppfinnelsens omfang.
[0090] Begrepet “omfatter” i kravene skal forstås å bety inkluderer, men er ikke begrenset til, elementene som nevnes.
[0091] Den foreliggende oppfinnelsen kan etter behov omfatte, bestå av eller vesentlig bestå av elementene som er beskrevet, og kan utøves i fravær av et element som ikke er beskrevet.

Claims (18)

Patentkrav
1. Fremgangsmåte for å lage et borehulltilpassbart filtreringsmateriale ved hjelp av reaksjonssprøyteforming, fremgangsmåten omfatter:
å tilveiebringe en første komponent fra en første matetank (1) ved en første strømningshastighet, via en første ledning (9), til en blandeanordning (11);
å tilveiebringe en andre komponent fra en andre matetank (2) ved en andre strømningshastighet, via en andre ledning (10), til blandeanordningen, der den andre komponenten reagerer med den første komponenten, og der et skummiddel er til stede i den første komponenten, den andre komponenten og/eller føres separat inn i blandeanordningen (11);
å blande den første komponenten og den andre komponenten i blandeanordningen (11), slik at det dannes en reaksjonsblanding;
å føre reaksjonsblandingen inn i en sprøyteformingsanordning (12); og å forme reaksjonsblandingen, slik at det dannes et skummateriale; hvorved blandingen av reaksjonsblandingen justeres slik at det oppnås et tilpassbart skummateriale med en ønsket gjennomsnittlig cellestørrelse, idet fremgangsmåten er k a r a k t e r i s e r t v e d at.
blandeanordningen (11) omfatter et skovlhjul, eller
blandeanordningen (11) omfatter en strålestøtblander.
2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der den gjennomsnittlige cellestørrelsen i skummet er 0,2 mm til 7 mm.
3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der blandeanordningen (11) omfatter skovlhjulet og blandingen justeres slik at det oppnås en blandingskvalitet i området 14–150 snitt/g.
4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der blandeanordningen (11) omfatter strålestøtblanderen og blandingen justeres slik at det oppnås et blandingskvalitetsmål i området 5–40 kg-m/s<2>.
5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der den samme sammensetningen brukes til å produsere ulike skumtyper med ulik cellestørrelse ved å justere blandingskvaliteten.
6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5, der blandingskvaliteten kontrolleres ved å endre den første komponentens strømningshastighet, den andre komponentens strømningshastighet, eller strømningshastigheten til både den første og den andre komponenten, som reaksjon på ønsket gjennomsnittlig porestørrelse i det tilpassbare skummaterialet.
7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der reaksjonsblandingens viskositet kontrolleres ved å varme opp den første komponenten og/eller den andre komponenten.
8. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der den første komponentens temperatur og den andre komponentens temperatur før de føres inn i blandeanordningen (11) justeres henholdsvis til en første temperatur i området 20 til 65 °C og en andre temperatur i området 80 til 115 °C.
9. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der viskositeten til den første komponenten og/eller den andre komponenten kontrolleres automatisk i kombinasjon med masse- eller volumstrømningshastigheten til den første og den andre komponenten for å påvirke blandingskvaliteten.
10. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der fremgangsmåten brukes for å lage en borehullanordning som omfatter et formminnemateriale, der formminnematerialet har en endret geometrisk posisjon og en original geometrisk posisjon, der formminnematerialet opprettholdes i den endrede geometrien ved en temperatur under en initiell glassomvandlingstemperatur, og der formminnematerialet utvider seg fra den endrede geometriske posisjonen til den gjenopprettede geometrien når det varmes opp til en temperatur over den initielle glassomvandlingstemperaturen.
11. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der det tilpassbare skummaterialet omfatter polyuretan.
12. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der den første og den andre komponenten omfatter henholdsvis en polyol og et polyisocyanat.
13. Fremgangsmåte i henhold til krav 12, der polyolkomponenten omfatter en blanding av polyol og vann, slik at CO2 produseres som et blåsemiddel når den reagerer med isocyanatkomponenten.
14. Fremgangsmåte i henhold til krav 12, der polyolkomponenten ytterligere omfatter vann, en kjedeekstender, en katalysator og et overflateaktivt stoff.
15. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der det tilpassbare skummaterialet, når det brukes i en filtersammenstilling i et borehull, lar det tilpassbare skummaterialet slå bro over et ringrom til borehullveggen uten utvidelse av grunnrøret, og filtrerer fluider gjennom det tilpassbare materialet til grunnrøret.
16. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der en automatisk prosesskontroller (19) brukes til å justere strømningen av den første komponenten og/eller den andre komponenten.
17. Fremgangsmåte i henhold til krav 16, der prosesskontrolleren ytterligere brukes til å justere blandingshastigheten hos et roterende blandehode, slik at det oppnås en forhåndsbestemt verdi for blandingskvaliteten.
18. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, som ytterligere omfatter et ugjennomtrengelig lag av det tilpassbare skummaterialet.
NO20130706A 2010-12-30 2011-12-19 Framgangsmåte for å lage tilpassbare materialer for brønnfiltre NO346875B1 (no)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/981,748 US9090012B2 (en) 2010-12-30 2010-12-30 Process for the preparation of conformable materials for downhole screens
PCT/US2011/065842 WO2012091986A2 (en) 2010-12-30 2011-12-19 Process for the preparation of conformable materials for downhole screens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20130706A1 NO20130706A1 (no) 2013-06-06
NO346875B1 true NO346875B1 (no) 2023-02-06

Family

ID=46380059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20130706A NO346875B1 (no) 2010-12-30 2011-12-19 Framgangsmåte for å lage tilpassbare materialer for brønnfiltre

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9090012B2 (no)
CN (1) CN103314178B (no)
GB (1) GB2503102B (no)
MY (1) MY158958A (no)
NO (1) NO346875B1 (no)
WO (1) WO2012091986A2 (no)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102773036B (zh) * 2012-07-27 2014-09-17 湖南精正设备制造有限公司 聚氨酯多元醇多组份配方预混设备
CN103035991B (zh) * 2012-12-26 2015-09-09 成都天奥电子股份有限公司 一种插损补偿的微波中继通信合路器系统
US11085550B2 (en) 2014-02-28 2021-08-10 Ayr Ltd. Electronic vaporiser system
US10136674B2 (en) 2014-02-28 2018-11-27 Beyond Twenty Ltd. Electronic vaporiser system
US10091839B2 (en) 2014-02-28 2018-10-02 Beyond Twenty Ltd. Electronic vaporiser system
US10588176B2 (en) 2014-02-28 2020-03-10 Ayr Ltd. Electronic vaporiser system
US20160366946A1 (en) 2014-02-28 2016-12-22 Beyond Twenty Ltd. Electronic vaporiser system
US10131532B2 (en) 2014-02-28 2018-11-20 Beyond Twenty Ltd. Electronic vaporiser system
GB201413032D0 (en) 2014-02-28 2014-09-03 Beyond Twenty Ltd Beyond 7
CN105587295B (zh) * 2014-11-18 2018-02-02 中国石油天然气股份有限公司 人工井壁生成方法及装置
CN104742264B (zh) * 2015-03-30 2017-09-29 浙江领新聚氨酯有限公司 用于聚氨酯组合料自动配料的系统
KR102699575B1 (ko) 2015-09-01 2024-08-29 에이와이알 리미티드 전자 기화기 시스템
US20170254170A1 (en) 2016-03-07 2017-09-07 Baker Hughes Incorporated Deformable downhole structures including carbon nanotube materials, and methods of forming and using such structures
US10060253B2 (en) 2016-04-11 2018-08-28 Baker Hughes Incorporated Downhole systems and articles for determining a condition of a wellbore or downhole article, and related methods
US12023875B2 (en) 2017-07-14 2024-07-02 The University Of Rochester Reaction injection molding of stimuli-responsive thermosets
CN108656432A (zh) * 2018-06-08 2018-10-16 武汉正为机械有限公司 一种异氰酸酯储罐设备
CN109130060B (zh) * 2018-08-30 2021-04-23 苏州科易特自动化科技有限公司 一种智能高精度配比的乳胶发泡机的控制系统
DE102018121890B4 (de) * 2018-09-07 2021-08-05 Kraussmaffei Technologies Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Reaktionskunststoffen
US11927082B2 (en) 2019-02-20 2024-03-12 Schlumberger Technology Corporation Non-metallic compliant sand control screen
CA3194685A1 (en) 2020-10-13 2022-04-21 Jinglei XIANG Elastomer alloy for intelligent sand management

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4866103A (en) * 1987-10-16 1989-09-12 Ici Americas Inc. Polyisocyanate compositions
US5958991A (en) * 1996-08-02 1999-09-28 Bartlett, Jr.; Henry Walker Open-loop method for producing a controlled blend of polyol and blowing agent for use in the manufacture of polyurethane foam
US20060131791A1 (en) * 2004-12-17 2006-06-22 Bayer Materialscience Ag Production method of polyurethane foam molded article
US20100089565A1 (en) * 2008-10-13 2010-04-15 Baker Hughes Incorporated Shape Memory Polyurethane Foam for Downhole Sand Control Filtration Devices

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3051455A (en) * 1960-07-25 1962-08-28 Gen Electric Mixing nozzle
US4525491A (en) 1982-12-24 1985-06-25 Asahi Glass Company, Ltd. Process for producing a polyurethane elastomer by reaction injection molding
US4517313A (en) 1984-04-11 1985-05-14 Abbott Laboratories Method of making polyurethane foam
US5908072A (en) 1997-05-02 1999-06-01 Frank's International, Inc. Non-metallic centralizer for casing
US7644773B2 (en) 2002-08-23 2010-01-12 Baker Hughes Incorporated Self-conforming screen
DE10242100A1 (de) * 2002-09-11 2004-03-25 Hennecke Gmbh Verfahren zur Vermischung einer Polyol- und einer Isocyanatkomponente

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4866103A (en) * 1987-10-16 1989-09-12 Ici Americas Inc. Polyisocyanate compositions
US5958991A (en) * 1996-08-02 1999-09-28 Bartlett, Jr.; Henry Walker Open-loop method for producing a controlled blend of polyol and blowing agent for use in the manufacture of polyurethane foam
US20060131791A1 (en) * 2004-12-17 2006-06-22 Bayer Materialscience Ag Production method of polyurethane foam molded article
US20100089565A1 (en) * 2008-10-13 2010-04-15 Baker Hughes Incorporated Shape Memory Polyurethane Foam for Downhole Sand Control Filtration Devices

Also Published As

Publication number Publication date
NO20130706A1 (no) 2013-06-06
GB2503102B (en) 2019-04-10
GB201309239D0 (en) 2013-07-03
CN103314178B (zh) 2016-04-06
US9090012B2 (en) 2015-07-28
WO2012091986A3 (en) 2012-11-01
US20120168977A1 (en) 2012-07-05
MY158958A (en) 2016-11-30
WO2012091986A2 (en) 2012-07-05
GB2503102A (en) 2013-12-18
CN103314178A (zh) 2013-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO346875B1 (no) Framgangsmåte for å lage tilpassbare materialer for brønnfiltre
NO20220158A1 (no) Variabel Tg formhukommelsespolyuretan for brønnanordninger
AU2009303675B2 (en) Shape memory polyurethane foam for downhole sand control filtration devices
CA2807361C (en) Polymer foam cell morphology control and use in borehole filtration devices
US20130153246A1 (en) Variable Tg Shape Memory Materials for Wellbore Devices
US20130161026A1 (en) Chemical glass transition temperature reducer
JP6635785B2 (ja) ダウンホールツール用分解性ゴム部材、ダウンホールツール、及び坑井掘削方法
BR112020009775A2 (pt) método de preparação de poliuretano termoplástico, poliuretano termoplástico, uso, método de produção de partículas, partículas, espuma e uso das partículas
WO2017110610A1 (ja) 組成物、ダウンホールツール用組成物、ダウンホールツール用分解性ゴム部材、ダウンホールツール、及び坑井掘削方法
US11814583B2 (en) Diverting agents for well stimulation
CA2897777C (en) Variable tg shape memory materials for wellbore devices
AU2014265117B2 (en) Polymer foam cell morphology control and use in borehole filtration devices
Haridevan et al. Polyurethane foam: The foaming process and the effect of process parameters on properties
Belmonte et al. Influence of chemical composition on the properties and foamability with supercritical CO2 in thermoplastic polythiourethanes
CN114458171A (zh) 一种套管、井眼强化完井管柱和完井固井方法及应用
JP2006035762A (ja) ポリウレタン成型体、及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: BAKER HUGHES HOLDINGS LLC, US