RU2803583C2

RU2803583C2 - Well completion method (versions) and sand control filter device for method implementation

Info

Publication number: RU2803583C2
Application number: RU2021127278A
Authority: RU
Inventors: Дзюйшик ЮН; Расика ПРАБХУ; Валери Жизель Элен ЛАФИТТ; Жюльен ДЕБАР; Балкришна Гадияр; Мехмет Парлар; Камило Эдуардо Сунига ЮРГЕНСЕН; Чиди Юджин НУОФОР
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2023-09-18

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: filter device contains a non-metallic material having a compressed state and an expanded state. The non-metallic material contains a base polymer and one or more smart fillers dispersed in the polymer matrix of the non-metallic material, and a mechanical retainer that compresses the non-metallic material in a compressed state. One or more smart fillers react with the base polymer in the expanded state after exposure to wellbore conditions. The mechanical retainer is a degradable polymeric wrapping tape.

EFFECT: improved reliability of the filtering device due to its ability to withstand high temperatures and pressures.

16 cl, 26 dwg

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION

[1] Данная заявка основана на предварительной заявке США № 62/808132, поданной 20 февраля 2019 г., и испрашивает приоритет по указанной заявке, содержание которой полностью включено посредством ссылки.[1] This application is based on US Provisional Application No. 62/808132, filed February 20, 2019, and claims the benefit of that application, the contents of which are incorporated by reference in their entirety.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

[2] Во многих углеводородных скважинах приточная текучая среда проходит через противопесочный фильтр, который отфильтровывает твердые частицы из приточной нефти или газа (см. например, патент США 8,783,349, E21B 43/10, 22.07.2014). Противопесочный фильтр предотвращает попадание песка в ствол скважины и снижает повреждения, которые могут возникнуть в результате эрозии. Обычно противопесочные фильтры изготавливают из металлического ячеистого материала. После установки противопесочного фильтра в ствол скважины осуществляют закачку гравийной набивки для заполнения кольцевого пространства между фильтром и пластом. [2] In many hydrocarbon wells, the influent fluid passes through a sand filter, which filters out particulate matter from the influent oil or gas (see, for example, US Pat. No. 8,783,349, E21B 43/10, 07/22/2014). A sand filter prevents sand from entering the wellbore and reduces damage that can occur from erosion. Typically, sand filters are made of metal cellular material. After installing the sand filter into the wellbore, gravel pack is pumped to fill the annular space between the filter and the formation.

[3] В других случаях некоторые металлические противопесочные фильтры выполнены с возможностью расширения и расширяются вниз по стволу скважины после установки в ствол скважины. В результате уменьшается кольцевое пространство между фильтром и пластом. Расширяемые фильтры во многих случаях имеют ограниченный коэффициент расширения, и способность расширяемого фильтра соответствовать неровностям ствола скважины может быть неудовлетворительной. Кроме того, способность расширяемого противопесочного фильтра противостоять обрушению ствола скважины может быть низкой. Обычные противопесочные фильтры рассчитаны на сопротивление большему наружному давлению по сравнению с расширяемыми противопесочными фильтрами. Расширяемые противопесочные фильтры могут выдерживать меньшее наружное давление из-за пластической деформации их металлических компонентов.[3] In other cases, some metal sand screens are expandable and expand down the wellbore after being installed in the wellbore. As a result, the annular space between the filter and the formation is reduced. Expandable screens in many cases have a limited coefficient of expansion, and the ability of the expandable screen to conform to wellbore undulations may be poor. In addition, the ability of an expandable sand screen to withstand wellbore collapse may be poor. Conventional sand filters are designed to withstand greater external pressure than expandable sand filters. Expandable sand filters can withstand less external pressure due to plastic deformation of their metal components.

[4] Недавно были разработаны самоприспосабливающиеся полимерные фильтры с применением термопластичного уретана (TPU - англ.: thermoplastic urethane) и реализацией концепции памяти формы. Полимерный фильтр имеет открытоячеистую структуру, которая находится в сжатом состоянии. Затем полимерный фильтр устанавливают в ствол скважины и расширяют путем регулирования температуры стеклования полимерного материала посредством активирующей текучей среды, такой как, например, ацетилацетон. С активирующей текучей средой сложно обращаться на буровой площадке, так как температура воспламенения активирующей текучей среды является относительно низкой, при этом требуется специальный состав текучей среды. После попадания в ствол скважины полимерный термопластичный уретановый вспененный материал размягчается и пытается вернуться к своей исходной расширенной форме. Наружный диаметр в расширенном состоянии был разработан таким, чтобы превышать внутренний диаметр ствола скважины, в результате чего термопластичный уретановый вспененный материал соответствует всему участку ствола скважины неправильной формы, например необсаженного ствола скважины, что позволяет обойтись без закачки гравийной пульпы в ходе операции по созданию гравийной набивки. Однако одним из недостатков, присущих вспененному материалу, применяемому в этих противопесочных фильтрах, являются неудовлетворительные механические свойства этих вспененных материалов при расширении. Практическое применение ограничивается предельными давлением и температурой. В случае разрушения расширенного вспененного материала в ходе скважинной операции может быть потеряно управление скважиной. Кроме того, выход из строя фильтра под воздействием давления в стволе скважины может привести к потере проницаемости и застреванию колонны заканчивания в стволе скважины, при этом ее ремонт или замена могут быть связаны с большими сложностями.[4] Recently, self-adapting polymer filters have been developed using thermoplastic urethane (TPU) and the implementation of the concept of shape memory. The polymer filter has an open-cell structure, which is in a compressed state. The polymer filter is then installed in the wellbore and expanded by controlling the glass transition temperature of the polymer material through an activating fluid such as, for example, acetylacetone. The activating fluid is difficult to handle on the well site because the ignition temperature of the activating fluid is relatively low and requires a special fluid composition. Once injected into the wellbore, the polymer thermoplastic urethane foam material softens and attempts to return to its original expanded form. The expanded outer diameter was designed to be larger than the inner diameter of the wellbore, resulting in a thermoplastic urethane foam material that conforms to the entire portion of an irregularly shaped wellbore, such as an open hole, eliminating the need to inject gravel slurry during a gravel pack operation. . However, one of the inherent disadvantages of the foams used in these sand filters is the poor mechanical expansion properties of these foams. Practical application is limited by pressure and temperature limits. If the expanded foam material breaks down during a well operation, well control may be lost. In addition, failure of the screen due to pressure in the wellbore can lead to loss of permeability and the completion string getting stuck in the wellbore, which can be very difficult to repair or replace.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[5] В одном или более вариантах осуществления настоящего изобретения противопесочное фильтрующее устройство для применения в скважинных операциях по добыче углеводородов содержит неметаллический материал, имеющий сжатое состояние и расширенное состояние, причем указанный неметаллический материал содержит: базовый полимер, один или более умных наполнителей, диспергированных в полимерной матрице неметаллического материала, и механический фиксатор, который сжимает неметаллический материал в сжатом состоянии. В одном или более вариантах осуществления настоящего изобретения один или более умных наполнителей вступают в реакцию с базовым полимером в расширенном состоянии после воздействия условия в стволе скважины.[5] In one or more embodiments of the present invention, a sand control device for use in downhole hydrocarbon production operations comprises a non-metallic material having a compressed state and an expanded state, said non-metallic material comprising: a base polymer, one or more smart fillers dispersed in a polymer matrix of non-metallic material, and a mechanical retainer that compresses the non-metallic material in a compressed state. In one or more embodiments of the present invention, one or more smart fillers react with the base polymer in an expanded state after exposure to wellbore conditions.

[6] Способ заканчивания скважины согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения включает: покрытие по меньшей мере одной основной трубы неметаллическим материалом, содержащим базовый полимер и один или более умных наполнителей, сжатие неметаллического материала посредством механического фиксатора, спуск основной трубы в местоположение внутри ствола скважины, расширение неметаллического материала, обеспечение соответствия неметаллического материала стенке ствола скважины, придание жесткости неметаллическому материалу, фильтрацию текучих сред через неметаллический материал в направлении к основной трубе, отсоединение неметаллического материала от основной трубы и подъем основной трубы из ствола скважины.[6] A well completion method according to one or more embodiments of the present invention includes: coating at least one main pipe with a non-metallic material comprising a base polymer and one or more smart fillers, compressing the non-metallic material through a mechanical clamp, running the main pipe to a location within the wellbore wells, expanding the non-metallic material, making the non-metallic material conform to the wall of the wellbore, stiffening the non-metallic material, filtering fluids through the non-metallic material towards the main pipe, detaching the non-metallic material from the main pipe and lifting the main pipe from the wellbore.

[7] Способ заканчивания ствола скважины в подземном пласте согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения включает: размещение расширяемого противопесочного устройства в стволе скважины и формирование кольцевого пространства между противопесочным устройством и стволом скважины, причем указанное противопесочное устройство имеет открытоячеистую структуру с неметаллическим материалом, включающим базовый полимер, и один или более умных наполнителей, причем неметаллический материал выполнен с возможностью расширения и заполнения кольцевого пространства.[7] A method for completing a wellbore in a subterranean formation according to one or more embodiments of the present invention includes: placing an expandable sand control device in the wellbore and forming an annular space between the sand control device and the wellbore, wherein said sand control device has an open-cell structure with a non-metallic material including a base polymer, and one or more smart fillers, wherein the non-metallic material is configured to expand and fill the annulus.

[8] Тем не менее, возможны многочисленные модификации без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации входят в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения. [8] However, numerous modifications are possible without significantly departing from the teachings of the present invention. Accordingly, such modifications are within the scope of the present invention as defined in the claims.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[9] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения далее в данном документе будут описаны со ссылкой на сопровождающие графические материалы, на которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы. Однако следует понимать, что сопровождающие фигуры иллюстрируют различные варианты осуществления, описанные в настоящем документе, и не предназначены для ограничения объема различных технологий, описанных в настоящем документе. [9] Certain embodiments of the present invention will be described hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals denote like elements. However, it should be understood that the accompanying figures illustrate various embodiments described herein and are not intended to limit the scope of the various technologies described herein.

[10] На фиг. 1 представлен вид в разрезе противопесочного фильтра, расположенного в стволе скважины, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[10] In FIG. 1 is a cross-sectional view of a sand filter located in a wellbore, in accordance with one or more embodiments of the present invention.

[11] На фиг. 2(A) и 2(B) показаны дополнительные подробности противопесочного фильтра согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[11] In FIG. 2(A) and 2(B) show additional details of a sand filter according to one or more embodiments of the present invention.

[12] На фиг. 3 показано схематическое изображение процесса химического вспенивания согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[12] In FIG. 3 is a schematic representation of a chemical foaming process in accordance with one or more embodiments of the present invention.

[13] На фиг. 4 показан пример открытоячеистого вспененного материала согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[13] In FIG. 4 shows an example of an open cell foam according to one or more embodiments of the present invention.

[14] На фиг. 5 показан пример сверхабсорбентных полимеров согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[14] In FIG. 5 shows an example of superabsorbent polymers according to one or more embodiments of the present invention.

[15] На фиг. 6(A) и 6(B) представлен пример морфологии эластомерного вспененного материала до и после разбухания в солевом растворе.[15] In FIG. 6(A) and 6(B) show an example of the morphology of an elastomeric foam material before and after swelling in a saline solution.

[16] На фиг. 7(A) и 7(B) показан пример механического сжатия и высвобождения согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[16] In FIG. 7(A) and 7(B) show an example of mechanical compression and release according to one or more embodiments of the present invention.

[17] На фиг. 7(C) показана фотография различных разлагаемых слоев, которые могут применяться в качестве механического фиксатора, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[17] In FIG. 7(C) is a photograph of various degradable layers that can be used as a mechanical fastener, according to one or more embodiments of the present invention.

[18] На фиг. 7(D) показана фотография различных разлагаемых слоев спустя 48 часов пребывания в 3%-ном солевом растворе на основе KCl при различных температурах. [18] In FIG. 7(D) shows a photograph of various degradable layers after 48 hours in a 3% KCl-based saline solution at various temperatures.

[19] На фиг. 7(E) показаны свойства при растяжении разлагаемого слоя (механического фиксатора) спустя 48 часов пребывания в 3%-ном солевом растворе на основе KCl при 93 °C (200 °F) согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[19] In FIG. 7(E) shows the tensile properties of a degradable layer (mechanical fixative) after 48 hours in a 3% KCl-based saline solution at 93°C (200°F) in accordance with one or more embodiments of the present invention.

[20] На фиг. 8 показан пример того, как механический фиксатор (т. е. разлагаемый слой или пленка) может быть применен согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[20] In FIG. 8 shows an example of how a mechanical fastener ( ie, a degradable layer or film) can be used according to one or more embodiments of the present invention.

[21] На фиг. 9 показан пример химических структур TPU согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[21] In FIG. 9 shows an example of TPU chemical structures according to one or more embodiments of the present invention.

[22] На фиг. 10 показан пример химической структуры эфир-сложноэфирного термопластичного эластомера согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[22] In FIG. 10 shows an example of the chemical structure of an ester thermoplastic elastomer according to one or more embodiments of the present invention.

[23] На фиг. 11 показано схематическое изображение структуры полиамид-полиэфирного термопластичного эластомера согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[23] In FIG. 11 is a schematic diagram of the structure of a polyamide-polyester thermoplastic elastomer according to one or more embodiments of the present invention.

[24] На фиг. 12 показан пример вспененного сшитого полиэтилена (XLPE - англ.: cross-linked polyethylene) согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[24] In FIG. 12 shows an example of cross-linked polyethylene foam (XLPE) in accordance with one or more embodiments of the present invention.

[25] На фиг. 13(A) и 13(B) показана морфология полиолефинового вспененного материала соответственно с разрешением 200 мкм и разрешением 100 мкм.[25] In FIG. 13(A) and 13(B) show the morphology of the polyolefin foam material at 200 μm resolution and 100 μm resolution, respectively.

[26] На фиг. 14 показан пример процесса получения кремнийорганического вспененного материала согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[26] In FIG. 14 shows an example of a process for producing a silicone foam according to one or more embodiments of the present invention.

[27] На фиг. 15 показан пример кремнийорганического вспененного материала согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[27] In FIG. 15 shows an example of a silicone foam according to one or more embodiments of the present invention.

[28] На фиг. 16 показан пример эпоксидного вспененного материала согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. [28] In FIG. 16 shows an example of an epoxy foam according to one or more embodiments of the present invention.

[29] На фиг. 17(A) и 17(B) показана морфология эпоксидного вспененного материала соответственно с разрешением 500 мкм и разрешением 200 мкм.[29] In FIG. 17(A) and 17(B) show the morphology of the epoxy foam material at 500 μm resolution and 200 μm resolution, respectively.

[30] На фиг. 18 представлен пример полиимидного открытоячеистого вспененного материала согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[30] In FIG. 18 illustrates an example of a polyimide open cell foam according to one or more embodiments of the present invention.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF PREFERRED OPTIONS FOR IMPLEMENTING THE INVENTION

[31] В последующем описании изложены многочисленные подробности, чтобы обеспечить понимание некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что указанная система и/или методология могут быть реализованы на практике без этих подробностей и что возможны многочисленные вариации или модификации описанных вариантов осуществления.[31] In the following description, numerous details are set forth in order to provide an understanding of certain embodiments of the present invention. However, those skilled in the art will appreciate that the described system and/or methodology may be practiced without these details and that numerous variations or modifications to the described embodiments are possible.

[32] В описании и приложенной формуле изобретения: термины «вверх» и «вниз», «верхний» и «нижний», «вверху» и «внизу», «вверх по потоку» и «вниз по потоку», «выше по стволу скважины» и «ниже по стволу скважины», «выше» и «ниже» и другие подобные термины, указывающие на относительные положения выше или ниже данной точки или элемента, применяются в настоящем документе для более четкого описания некоторых вариантов осуществления изобретения.[32] In the description and appended claims: the terms “upstream” and “downstream”, “upstream” and “downstream”, “upstream” and “downstream”, “upstream” and “downstream”, “upstream” wellbore" and "downhole", "above" and "below" and other similar terms indicating relative positions above or below a given point or feature are used herein to more clearly describe certain embodiments of the invention.

[33] Настоящее изобретение в целом относится к применению неметаллического материала с умными наполнителями для борьбы с пескопроявлением скважин. Применение умных наполнителей позволяет неметаллическим материалам самостоятельно расширяться, чтобы соответствовать неправильной форме ствола скважины. Неметаллические материалы легко производить посредством компаундирования и инжекционного формования. Без необходимости в дополнительных активирующих текучих средах неметаллические материалы согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения являются намного более безопасными по сравнению со стандартными термопластичными уретановыми материалами. Неметаллические материалы согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения также обеспечивают превосходную термическую стабильность, что позволяет применять их при намного более высоких температурах, например до 150 °C, для долгосрочных применений. В отличие от этого стандартные термопластичные уретановые материалы могут применяться только при температуре до 85 °C.[33] The present invention generally relates to the use of non-metallic material with smart fillers for sand control in wells. The use of smart fillers allows non-metallic materials to expand on their own to conform to the irregular shape of the wellbore. Non-metallic materials are easy to produce through compounding and injection molding. Without the need for additional activating fluids, the non-metallic materials according to one or more embodiments of the present invention are much safer than standard thermoplastic urethane materials. Non-metallic materials according to one or more embodiments of the present invention also provide excellent thermal stability, allowing them to be used at much higher temperatures, for example up to 150 °C, for long-term applications. In contrast, standard thermoplastic urethane materials can only be used at temperatures up to 85°C.

[34] Обратимся теперь к фиг. 1, на которой представлен вид в разрезе противопесочного фильтра, расположенного в стволе скважины, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. В частности, ствол 100 скважины содержит необсаженную часть 102 ствола скважины, эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 104, которая может представлять собой основную трубу согласно одному или более вариантам осуществления, и противопесочный фильтр 106. Хотя ствол 100 скважины показан в виде по существу вертикальной, необсаженной скважины, следует понимать, что настоящее изобретение в равной степени применимо в обсаженных стволах скважин, а также в горизонтальных и/или наклонных стволах скважин. Противопесочный фильтр 106 включает в себя фильтрующий элемент 108 и эластичный материал 112. Противопесочный фильтр 106 показан расположенным в стволе 100 скважины рядом с продуктивным пластом 114. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения эластичный материал 112 может быть единственным фильтрующим средством без применения какого-либо фильтрующего элемента 108. Эластичный материал 112 может представлять собой пористый материал и, следовательно, функционирует в качестве фильтрующего средства. В одном или более вариантах осуществления фильтрующий элемент 108 может быть выполнен с возможностью обеспечения структурной поддержки эластичного материала 112.[34] Referring now to FIG. 1, which is a cross-sectional view of a sand filter located in a wellbore, in accordance with one or more embodiments of the present invention. Specifically, the wellbore 100 includes an open wellbore portion 102, a production tubing 104, which may be a main pipe in one or more embodiments, and a sand screen 106. Although the wellbore 100 is shown as a substantially vertical, open-bore wells, it should be understood that the present invention is equally applicable in cased wellbores, as well as in horizontal and/or inclined wellbores. The sand filter 106 includes a filter element 108 and an elastic material 112. The sand filter 106 is shown located in the wellbore 100 adjacent to the reservoir 114. In one or more embodiments of the present invention, the elastic material 112 may be the only filter media without the use of any filter element 108. The elastic material 112 may be a porous material and therefore functions as a filter medium. In one or more embodiments, the filter element 108 may be configured to provide structural support to the elastic material 112.

[35] Если по какой-либо причине необходимо удалить насосно-компрессорные трубы 104 и фильтрующий элемент 108 (например, для проведения работ на скважине по восстановлению добычи), насосно-компрессорные трубы 104 и фильтрующий элемент 108 могут быть извлечены из ствола 100 скважины. Эластичный материал 112 может быть прикреплен к фильтрующему элементу 108 или насосно-компрессорным трубам 104 посредством материала, который может разлагаться под воздействием температур в стволе скважины, текучих сред или времени, например клея или разлагаемого слоя или пленки. В других вариантах осуществления эластичный материал 112 может быть прикреплен к фильтрующему элементу 108 или насосно-компрессорным трубам 104 посредством независящего от времени крепления. В неограничивающем примере могут применяться срезные винты, которые срезаются при приложении заданного усилия и высвобождают крепление. Разложение материала может быть важным в ситуациях, когда усилия при спуске выше, чем усилия, доступные при извлечении. Если усилия при спуске меньше усилий, доступных при извлечении, разложение не является обязательным. В некоторых ситуациях, когда эластичный материал 112 не отделяется от фильтрующего элемента 108 или от насосно-компрессорных труб 104, может быть множество «гибких фильтров», содержащих эластичный материал, что приводит к разделению осевого тягового усилия. В этих ситуациях предусмотрена плоскость ослабления под каждым «гибким фильтром», в результате чего насосно-компрессорные трубы под каждым «гибким фильтром» разделяются, и каждый «гибкий фильтр» может удаляться последовательно.[35] If for any reason the tubing 104 and filter element 108 need to be removed (eg, for well restoration work), the tubing 104 and filter element 108 may be removed from the wellbore 100. The elastic material 112 may be attached to the filter element 108 or tubing 104 by a material that is degradable under the influence of wellbore temperatures, fluids, or time, such as an adhesive or a degradable layer or film. In other embodiments, the elastic material 112 may be attached to the filter element 108 or tubing 104 through a time-independent fastening. In a non-limiting example, shear screws may be used that shear when a predetermined force is applied and release the fastener. Material decomposition may be important in situations where the forces during descent are greater than the forces available during extraction. If the forces during descent are less than the forces available during extraction, decomposition is not necessary. In some situations where the elastic material 112 does not separate from the filter element 108 or from the tubing 104, there may be multiple "flexible filters" containing the elastic material, resulting in a separation of the thrust force. In these situations, a plane of weakening is provided under each flex filter, whereby the tubing under each flex filter is separated and each flex filter can be removed sequentially.

[36] Рассмотрим далее фиг. 1, в ходе способа заканчивания скважины согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна основная труба 104 может покрываться эластичным материалом 112, который может представлять собой неметаллический эластичный материал, который содержит базовый полимер и один или более умных наполнителей, что более подробно описано ниже. Эластичный материал 112, покрывающий основную трубу 104, может быть сжат посредством механического фиксатора до спуска основной трубы 104 в некоторое местоположение в стволе 100 скважины, что более подробно описано ниже. Под воздействием условий в стволе 100 скважины эластичный материал 112, покрывающий основную трубу 104, может расширятся из-за реакции одного или более умных наполнителей и отделения или разложения механического фиксатора, что более подробно описано ниже. В одном или более вариантах осуществления умные наполнители придают жесткость эластичному материалу 112 во время расширения. При расширении эластичного материала 112 в направлении кольцевого пространства происходит постепенное его заполнение, при этом эластичный материал 112 начинает соответствовать стенке ствола 100 скважины. Благодаря тому, что эластичный материал 112 способен соответствовать стенке ствола 100 скважины описанным выше образом, эластичный материал 112 может отфильтровывать твердые частицы, включая песок, из текучей среды, поступающей из продуктивного пласта 114 в основную трубу 104. После завершения скважинной операции эластичный материал 112 может быть отделен от основной трубы 104, и основная труба 104 может быть поднята из ствола 100 скважины.[36] Consider next FIG. 1, during a well completion method according to one or more embodiments of the present invention, at least one main pipe 104 may be coated with an elastic material 112, which may be a non-metallic elastic material that contains a base polymer and one or more smart fillers, as described in more detail. described below. The elastic material 112 covering the main pipe 104 may be compressed by a mechanical clamp before the main pipe 104 is lowered to a location in the wellbore 100, which is described in more detail below. When exposed to conditions in the wellbore 100, the elastic material 112 covering the main pipe 104 may expand due to the reaction of one or more smart fillers and separation or decomposition of the mechanical retainer, which is described in more detail below. In one or more embodiments, smart fillers stiffen the elastic material 112 during expansion. As the elastic material 112 expands toward the annulus, it gradually fills, causing the elastic material 112 to conform to the wall of the wellbore 100. Because the elastic material 112 is able to conform to the wall of the wellbore 100 in the manner described above, the elastic material 112 can filter out solids, including sand, from the fluid flowing from the reservoir 114 into the main pipe 104. After completion of the well operation, the elastic material 112 can be separated from the main pipe 104, and the main pipe 104 can be lifted from the wellbore 100.

[37] На фиг. 2(A) и 2(B) показаны дополнительные подробности неметаллического эластичного фильтра согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2(A) и 2(B) показан эластичный фильтр 211, который содержит неметаллический эластичный материал 209 и фильтрующий материал или сетчатый фильтр 207, который может быть выполнен в различных конфигурациях, например, в виде фильтра-хвостовика с щелевыми продольными отверстиями. На фиг. 2(A) показан эластичный фильтр 211 в его исходном, нерасширенном состоянии, а на фиг. 2(B) показан эластичный фильтр 211 в его расширенном состоянии. Эластичный фильтр 211 изначально является эластичным, и согласно одному или более вариантам осуществления неметаллический эластичный материал 209 эластичного фильтра 211 включает в себя базовый полимер и один или более умных наполнителей, которые способствуют разбуханию и/или армированию неметаллического эластичного материала 209 после вступления в реакцию с базовым полимером.[37] In FIG. 2(A) and 2(B) show additional details of a non-metallic elastic filter according to one or more embodiments of the present invention. In fig. 2(A) and 2(B) show an elastic filter 211 that includes a non-metallic elastic material 209 and a filter material or mesh 207, which can be configured in various configurations, for example, as a tail filter with slotted longitudinal holes. In fig. 2(A) shows the elastic filter 211 in its original, unexpanded state, and FIG. 2(B) shows the elastic filter 211 in its expanded state. The elastic filter 211 is initially elastic, and in one or more embodiments, the non-metallic elastic material 209 of the elastic filter 211 includes a base polymer and one or more smart fillers that help swell and/or reinforce the non-metallic elastic material 209 after reacting with the base polymer. polymer.

[38] Обратимся теперь к фиг. 3, на которой показано схематическое изображение процесса химического вспенивания с применением машины для формования структурных вспененных материалов согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. В процессе вспенивания согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения может быть изготовлена полимерная открытоячеистая структура путем применения различных вспенивающих средств в ходе процесса формования. Полимерные материалы согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть получены посредством компаундированния с умными наполнителями, которые могут включать в себя разбухающие или армирующие наполнители, и/или вспенивающими средствами. Таким образом, полимерные материалы могут изготавливаться с применением химического вспенивающего средства для создания открытоячеистых структур, таких как открытоячеистый вспененный материал, например показанный на фиг. 4. Благодаря применению указанного процесса химического вспенивания неметаллический эластичный материал согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения может характеризоваться вспененной структурой, которая может представлять собой вспененную микроструктуру. Преимущественно, вспененная структура может пропускать через себя добываемую текучую среду, блокируя при этом прохождение твердых частиц из ствола скважины, таких как частицы песка.[38] Referring now to FIG. 3, which is a schematic representation of a chemical foaming process using a structural foam molding machine in accordance with one or more embodiments of the present invention. In the foaming process according to one or more embodiments of the present invention, a polymeric open-cell structure can be manufactured by using various foaming agents during the molding process. Polymeric materials according to one or more embodiments of the present invention can be prepared by compounding with smart fillers, which may include swelling or reinforcing fillers, and/or foaming agents. Thus, polymeric materials can be manufactured using a chemical blowing agent to create open cell structures, such as an open cell foam such as that shown in FIG. 4. By using said chemical foaming process, the non-metallic elastic material according to one or more embodiments of the present invention may be characterized by a foam structure, which may be a foam microstructure. Advantageously, the foam structure can allow production fluid to pass through while blocking the passage of solids from the wellbore, such as sand particles.

[39] Химические вспенивающие средства представляют собой химические вещества, которые распадаются на составляющие во время нагревания, и полученные в результате газообразные продукты распада диспергируются через полимерные расплавы. Для получения однородной ячеистой структуры газ либо нагнетается, либо выделяется путем нагревания и должен тщательно диспергироваться в полимерные расплавы. Некоторыми из существенных факторов, влияющих на этот процесс, являются размер частиц вспенивающего средства, диспергирующие свойства машины, скорость распада вспенивающего средства и вязкость расплава обрабатываемой термопластичной смолы. В одном или более вариантах осуществления настоящего изобретения в качестве химических вспенивающих средств могут применяться, например, CO₂, N₂ и гидрофтороуглероды (HFC - англ.: hydrofluorocarbon). [39] Chemical blowing agents are chemical substances that decompose when heated, and the resulting gaseous decomposition products are dispersed through polymer melts. To obtain a homogeneous cellular structure, the gas is either injected or released by heating and must be thoroughly dispersed into polymer melts. Some of the significant factors affecting this process are the particle size of the blowing agent, the dispersing properties of the machine, the rate of breakdown of the blowing agent, and the melt viscosity of the thermoplastic resin being processed. In one or more embodiments of the present invention, chemical blowing agents may include, for example, CO ₂ , N ₂ and hydrofluorocarbons (HFCs).

[40] Как описано выше, неметаллический эластичный материал для эластичного фильтра может включать в себя базовый полимер и один или более умных наполнителей. В соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения базовый полимер может включать в себя, например по меньшей мере одно из полиуретана, термопластичного полиуретана, термопластичного эластомера, блок-сополимера простого полиэфира и сложного эфира, полиамид-полиэфирного термопластичного эластомера, полиолефина, сшитого полиэтилена, силиконового каучука, нитрилбутадиенового каучука (NBR - англ.: nitrile butadiene rubber), гидрированного нитрилбутадиенового каучука (HNBR - англ.: hydrogenated nitrile butadiene rubber), этиленпропилендиенового мономерного каучука (EPDM - англ.: ethylene propylene diene monomer rubber), фторэластомера любого типа, эпоксидной смолы и полиимида.[40] As described above, the non-metallic elastic material for the elastic filter may include a base polymer and one or more smart fillers. In accordance with one or more embodiments of the present invention, the base polymer may include, for example, at least one of polyurethane, thermoplastic polyurethane, thermoplastic elastomer, polyether-ester block copolymer, polyamide-polyester thermoplastic elastomer, polyolefin, cross-linked polyethylene , silicone rubber, nitrile butadiene rubber (NBR - nitrile butadiene rubber), hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR - hydrogenated nitrile butadiene rubber), ethylene propylene diene monomer rubber (EPDM - ethylene propylene diene monomer rubber), fluoroelasto measure of any type, epoxy resin and polyimide.

[41] Кроме того, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения один или более умных наполнителей может включать в себя по меньшей мере одно из разбухающего наполнителя и/или армирующего наполнителя. Например, умные наполнители могут включать в себя по меньшей мере один разбухающий наполнитель, такой как сверхабсорбентные полимеры (SAP - англ.: superabsorbent polymer), этиленпропилендиеновый мономерный каучук (EPDM - англ.: ethylene propylene diene monomer rubber) и гидрированный нитрилбутадиеновый каучук (HNBR - англ.: hydrogenated nitrile butadiene rubber), и/или по меньшей мере один армирующий наполнитель, такой как портландцемент, глиноземистый цемент, летучая зола, шлаковый цемент, MgO, ZnO, Ca(OH)₂, ZnCl₂, MgCl₂, CaCl₂, CaCO₃, Na₂CO₃ и K₂CO₃. [41] Additionally, according to one or more embodiments of the present invention, one or more smart fillers may include at least one of a swelling filler and/or a reinforcing filler. For example, smart fillers may include at least one swelling filler such as superabsorbent polymers (SAP), ethylene propylene diene monomer rubber (EPDM), and hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR). - English: hydrogenated nitrile butadiene rubber), and/or at least one reinforcing filler, such as Portland cement, aluminous cement, fly ash, slag cement, MgO, ZnO, Ca(OH) ₂ , ZnCl ₂ , MgCl ₂ , CaCl ₂ , CaCO ₃ , Na ₂ CO ₃ and K ₂ CO ₃ .

[42] Что касается разбухающих умных наполнителей, этот наполнитель/полимер может увеличиваться в объеме при нахождении в скважинной текучей среде или солевом растворе. Как показано на фиг. 5, например, SAP представляет собой тип гидрофильного полимера (сшитого гидрогеля), характеризующегося водопоглощающей способностью от 100 г/г до 2000 г/г, причем поглощенная вода трудно удаляется даже путем приложения давления, так как молекулы воды прочно удерживаются в сети за счет водородных связей. Применение сшитого полимера, такого как SAP, будет способствовать прохождению воды через трехмерную сеть структуры, сохраняя одновременно с этим структуру полимера, что может вызывать разбухание структуры.[42] With regard to swelling smart fillers, the filler/polymer can expand in volume when in the wellbore fluid or brine. As shown in FIG. 5, for example, SAP is a type of hydrophilic polymer (cross-linked hydrogel), characterized by a water absorption capacity of 100 g/g to 2000 g/g, and the absorbed water is difficult to remove even by applying pressure, since the water molecules are firmly held in the network by hydrogen connections. The use of a cross-linked polymer, such as SAP, will facilitate the passage of water through the three-dimensional network of the structure, while maintaining the structure of the polymer, which may cause swelling of the structure.

[43] Сверхабсорбентные полимеры, которые могут применяться согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения, включают в себя сшитые формы полиакрилата(акриловой кислоты и акриламида), поливинилового спирта, поли(этиленоксида), сополимера крахмала и акрилата, карбоксиметилцеллюлозы и других гидрофильных разбухающих полимеров. Как понятно специалистам в данной области техники, степень разбухания и скорость разбухания сверхабсорбентных полимеров зависит от типа сшитого полимера, условий воды по критерию pH, солености, температуры и давления, продолжительности погружения в раствор и конфигурации образцов.[43] Superabsorbent polymers that can be used according to one or more embodiments of the present invention include cross-linked forms of polyacrylate (acrylic acid and acrylamide), polyvinyl alcohol, poly(ethylene oxide), starch-acrylate copolymer, carboxymethylcellulose and other hydrophilic swelling polymers . As will be understood by those skilled in the art, the degree of swelling and rate of swelling of superabsorbent polymers depends on the type of cross-linked polymer, water conditions in terms of pH, salinity, temperature and pressure, duration of immersion in the solution, and sample configuration.

[44] Обратимся теперь к фиг. 6(A) и 6(B), на которых представлен пример морфологии эластомерного вспененного материала до и после разбухания в солевом растворе. В примерах, показанных на фиг. 6(A) и 6(B), эластомерный вспененный материал включает в себя умные наполнители, такие как ранее описанные наполнители, для облегчения разбухания в солевом раствор. Сам по себе эластомерный вспененный материал также может разбухать в присутствии солевого раствора, независимо от разбухания, вызванного наличием умных наполнителей. Как показано на фиг. 6(A) и 6(B), морфология эластомерного вспененного материала является относительно постоянной до и после разбухания в солевом растворе. Такая однородная морфология до и после разбухания позволяет предположить, что эластомерный вспененный материал является подходящей фильтрующей средой с преимущественными свойствами проницаемости. [44] Referring now to FIG. 6(A) and 6(B), which show an example of the morphology of the elastomeric foam material before and after swelling in saline solution. In the examples shown in FIGS. 6(A) and 6(B), the elastomeric foam includes smart fillers, such as the previously described fillers, to facilitate swelling in saline solution. The elastomeric foam itself can also swell in the presence of saline solution, independent of the swelling caused by the presence of smart fillers. As shown in FIG. 6(A) and 6(B), the morphology of the elastomeric foam material is relatively constant before and after swelling in saline solution. This uniform morphology before and after swelling suggests that the elastomeric foam material is a suitable filter media with advantageous permeability properties.

[45] В дополнение к умным наполнителям неметаллический эластичный материал для эластичного фильтра может также включать в себя другие «неумные» наполнители, такие как тальк, слюда, диоксид кремния, углеродная сажа, нанографен, углеродные нанотрубки, стекловолокна и углеродные наполнители для дополнительной поддержки.[45] In addition to smart fillers, the non-metallic elastic elastic filter material may also include other "dumb" fillers such as talc, mica, silica, carbon black, nanographene, carbon nanotubes, glass fibers and carbon fillers for additional support.

[46] Наполнители согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть подвергнуты поверхностной обработке для улучшения связывания с полимерной матрицей неметаллического эластичного материала. Самоармирующиеся наполнители, такие как цемент, могут вступать в реакцию с солевым раствором для заканчивания или водой, чтобы улучшить прочность неметаллического эластичного материала.[46] Fillers according to one or more embodiments of the present invention may be subjected to a surface treatment to improve bonding to the polymer matrix of the non-metallic elastic material. Self-reinforcing fillers, such as cement, can react with completion brine or water to improve the strength of the non-metallic elastic material.

[47] Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения фильтр может включать в себя механический фиксатор, который сжимает неметаллический эластичный материал в сжатом состоянии. Когда неметаллический эластичный материал развертывают в стволе скважины в сжатом состоянии за счет сжатия посредством механического фиксатора, условие в стволе скважины, такое как, например, изменение температуры или истечение периода времени, может вызвать отделение механического фиксатора от неметаллического эластичного материала. Отделение механического фиксатора позволит неметаллическому эластичному материалу перейти из сжатого состояния в расширенное состояние. В расширенном состоянии неметаллический эластичный материал может расширятся с увеличением формы, так как умные наполнители, диспергированные в полимерной матрице неметаллического эластичного материала, вступают в реакцию со скважинными текучими средами, чтобы увеличиться в объеме. В одном или более вариантах осуществления механический фиксатор может представлять собой разлагаемую полимерную оберточную ленту, которая растворяется в воде или других скважинных текучих средах под воздействием условия в стволе скважины. Механический фиксатор также может быть присоединен к неметаллическому эластичному материалу путем термического формования.[47] According to one or more embodiments of the present invention, the filter may include a mechanical retainer that compresses the non-metallic elastic material in a compressed state. When the non-metallic elastic material is deployed in a wellbore in a compressed state by being compressed by a mechanical fastener, a condition in the wellbore, such as, for example, a change in temperature or the passage of time, may cause the mechanical fastener to separate from the non-metallic elastic material. Severing the mechanical retainer will allow the non-metallic elastic material to change from a compressed state to an expanded state. In the expanded state, the non-metallic elastic material can expand with increasing shape as the smart fillers dispersed in the polymer matrix of the non-metallic elastic material react with wellbore fluids to expand in volume. In one or more embodiments, the mechanical retainer may be a degradable polymer wrapping tape that dissolves in water or other wellbore fluids when exposed to conditions in the wellbore. The mechanical fastener can also be attached to a non-metallic elastic material by thermal molding.

[48] Обратимся теперь к фиг. 7(A) и 7(B), на которых показан пример механического сжатия и высвобождения согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано, полимерный вспененный материал или неметаллический эластичный материал термически сформованы и/или механически обернуты разлагаемыми полимерами, которые сжимают полимерный вспененный материал. После воздействия условия в стволе скважины разлагаемые полимеры могут разлагаться или другим способом отделяться от полимерного вспененного материала или неметаллического эластичного материала, что позволяет полимерному вспененному материалу или неметаллическому эластичному материалу переходить из сжатого состояния в расширенное состояние. В расширенном состоянии умные наполнители, которые могут включать в себя разбухающие наполнители и/или армирующие наполнители, вступают в реакцию с базовым полимером полимерного вспененного материала или неметаллического эластичного материала. Таким образом, неметаллический эластичный материал может расширятся с увеличением формы, так как умные наполнители, диспергированные в полимерной матрице неметаллического эластичного материала, вступают в реакцию со скважинными текучими средами, чтобы увеличиться в объеме. Кроме того, умные наполнители также могут увеличить жесткость полимерной матрицы, тем самым делая неметаллический эластичный материал более стойким к давлениям в скважине. Более того, неметаллический эластичный материал может расширяться для соответствия неправильной форме ствола скважины, например, как показано на фиг. 2(B), как описано выше. Благодаря умным наполнителям неметаллический эластичный материал демонстрирует улучшенную и стабильную прочность в расширенном состоянии. Неметаллический эластичный материал также испытывает увеличение модуля упругости при переходе от сжатого состояния в расширенное состояние. В свете вышеизложенного раскрытия, на фиг. 7(A) и 7(B) показан постепенный переход полимерного вспененного материала или неметаллического эластичного материала из сжатого состояния в расширенное состояние согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[48] Referring now to FIG. 7(A) and 7(B), which show an example of mechanical compression and release according to one or more embodiments of the present invention. As shown, the polymer foam or non-metallic elastic material is thermally molded and/or mechanically wrapped with degradable polymers that compress the polymer foam. Upon exposure to a wellbore condition, the degradable polymers may degrade or otherwise separate from the polymer foam or non-metallic elastic material, allowing the polymer foam or non-metallic elastic material to transition from a compressed state to an expanded state. When expanded, smart fillers, which may include swelling fillers and/or reinforcing fillers, react with the base polymer of the polymer foam or non-metallic elastic material. Thus, the non-metallic elastic material can expand with increasing shape as the smart fillers dispersed in the polymer matrix of the non-metallic elastic material react with the well fluids to expand in volume. In addition, smart fillers can also increase the stiffness of the polymer matrix, thereby making the non-metallic elastic material more resistant to downhole pressures. Moreover, the non-metallic elastic material can expand to conform to the irregular shape of the wellbore, for example, as shown in FIG. 2(B) as described above. Thanks to intelligent fillers, the non-metallic elastic material exhibits improved and stable strength in the expanded state. A non-metallic elastic material also experiences an increase in elastic modulus when transitioning from a compressed state to an expanded state. In light of the foregoing disclosure, FIG. 7(A) and 7(B) show a gradual transition of a polymer foam or non-metallic elastic material from a compressed state to an expanded state according to one or more embodiments of the present invention.

[49] Обратимся теперь к фиг. 7(C), на которой показана фотография различных разлагаемых слоев, которые могут применяться в качестве механического фиксатора, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано, разлагаемые слои могут быть достаточно тонкими, чтобы напоминать разлагаемую пленку и вести себя подобно такой пленке. На фиг. 7(D) показана фотография различных разлагаемых слоев спустя 48 часов пребывания в 3%-ном солевом растворе на основе KCl при различных температурах. Как показано на фиг. 7(D), скорость разложения различных разлагаемых слоев увеличивается с повышением температуры. Таким образом, скорость разложения разлагаемых слоев согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения может регулироваться посредством температуры. Обратимся теперь к фиг. 7(E), на которой показаны свойства при растяжении разлагаемого слоя (механического фиксатора) спустя 48 часов пребывания в 3%-ном солевом растворе на основе KCl при 93 °C (200 °F) согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Как изображено, разлагаемый слой, который может представлять собой механический фиксатор согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения, разлагается, растворяется и другим образом демонстрирует низкие механические свойства (т. е., напряжение при растяжении приблизительно 1379 кПа (200 фунтов/кв. дюйм) и относительное удлинение при разрыве приблизительно от 20% до 25% после 48 часов пребывания в 3%-м солевом растворе на основе KCl при 93 °C (200 °F)) по сравнению с контрольными образцами, которые демонстрируют напряжение при растяжении приблизительно 8274 кПа (1200 фунтов/кв. дюйм) и процентное относительное удлинение при разрыве в диапазоне от 300% до 400%. Действительно, как показано, разлагаемый слой согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения демонстрирует прекрасную способность к разложению по сравнению с контрольными образцами. [49] Referring now to FIG. 7(C), which shows a photograph of various degradable layers that can be used as a mechanical fastener, according to one or more embodiments of the present invention. As shown, the degradable layers can be thin enough to resemble and behave like a degradable film. In fig. 7(D) shows a photograph of various degradable layers after 48 hours in a 3% KCl-based saline solution at various temperatures. As shown in FIG. 7(D), the decomposition rate of various decomposed layers increases with increasing temperature. Thus, the rate of decomposition of the decomposition layers according to one or more embodiments of the present invention can be controlled by temperature. Let us now turn to FIG. 7(E), which shows the tensile properties of a degradable layer (mechanical fixative) after 48 hours in a 3% KCl-based saline solution at 93°C (200°F) in accordance with one or more embodiments of the present invention. As depicted, the degradable layer, which may be a mechanical fastener according to one or more embodiments of the present invention, decomposes, dissolves, and otherwise exhibits low mechanical properties ( i.e. , a tensile stress of approximately 1379 kPa (200 psi) ) and elongation at break of approximately 20% to 25% after 48 hours in 3% KCl saline at 93 °C (200 °F)) compared to control samples which exhibit a tensile stress of approximately 8274 kPa (1200 psi) and percentage elongation at break ranging from 300% to 400%. Indeed, as shown, the degradable layer according to one or more embodiments of the present invention exhibits excellent degradability compared to control samples.

[50] Обратимся теперь к фиг. 8, на которой показан пример того, как может быть применен механический фиксатор согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. За счет применения процесса химического вспенивания, такого как, например, описан со ссылкой на фиг. 3, полимерные материалы могут быть преобразованы в ячеистые структуры. Эти материалы с ячеистыми структурами могут быть сжаты с образованием цилиндрической формы меньшего размера посредством процесса обертывания механической разлагаемой полимерной пленкой, например, как показано на фиг. 8. Как показано на фиг. 8, механический фиксатор 802, который может представлять собой разлагаемую полимерную оберточную ленту, как описано выше, может быть механически обернут вокруг ячеистых структур или неметаллического эластичного материала 209, тем самым сжимая неметаллический эластичный материал 209 до его развертывания в стволе скважины. Например, в одном или более вариантах осуществления коммерчески доступная водорастворимая пленка может применяться в качестве механического фиксатора 802.[50] Referring now to FIG. 8, which shows an example of how a mechanical lock may be used in accordance with one or more embodiments of the present invention. By using a chemical foaming process such as, for example, that described with reference to FIG. 3, Polymer materials can be converted into cellular structures. These cellular materials can be compressed into a smaller cylindrical shape through a mechanical degradable polymer film wrapping process, for example as shown in FIG. 8. As shown in FIG. 8, a mechanical retainer 802, which may be a degradable polymer wrap as described above, may be mechanically wrapped around the honeycomb structures or non-metallic elastic material 209, thereby compressing the non-metallic elastic material 209 prior to deployment in the wellbore. For example, in one or more embodiments, a commercially available water-soluble film may be used as mechanical fastener 802.

[51] Далее будут описаны различные примеры неметаллического эластичного материала согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 9 представлены примеры химических структур термопластичного уретана (TPU) согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Например, в процессе химического вспенивания, который описан выше со ссылкой на фиг. 3, полимерный вспененный материал может быть изготовлен с применением TPU (такого как одна из химических структур, показанных на фиг. 9), компаундированного с умными наполнителями, которые могут включать в себя разбухающие или армирующие наполнители для полимерного материала, и химическим вспенивающим средством, как описано ранее. Полученный в результате полимерный вспененный материал на основе TPU может представлять собой открытоячеистый вспененный материал и может применяться в качестве неметаллического эластичного материала для устройства противопесочного фильтра согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[51] Various examples of the non-metallic elastic material according to one or more embodiments of the present invention will now be described. In fig. 9 illustrates examples of thermoplastic urethane (TPU) chemistries in accordance with one or more embodiments of the present invention. For example, in the chemical foaming process described above with reference to FIG. 3, the polymer foam can be made using TPU (such as one of the chemical structures shown in FIG. 9) compounded with smart fillers, which may include swelling or reinforcing fillers for the polymer material, and a chemical blowing agent such as described earlier. The resulting TPU polymer foam may be an open cell foam and may be used as a non-metallic elastic material for a sand filter device according to one or more embodiments of the present invention.

[52] На фиг. 10 представлен другой пример химической структуры базового полимера, который может применяться в неметаллическом эластичном материале согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. В частности, на фиг. 10 показан блок-сополимер термопластичного сложного полиэфирного эластомера (TPE - англ.: thermoplastic polyester elastomer). Например, в процессе химического вспенивания, который описан выше со ссылкой на фиг. 3, полимерный вспененный материал может быть изготовлен с применением TPE (такого как блок-сополимер, показанный на фиг. 10), компаундированного с умными наполнителями, которые могут включать в себя разбухающие или армирующие наполнители для полимерного материала, и химическим вспенивающим средством, как описано ранее. Полученный в результате полимерный вспененный материал на основе TPE может применяться в качестве неметаллического эластичного материала для устройства противопесочного фильтра согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения, причем указанный материал может быть механически сжат посредством разлагаемых полимеров до развертывания в стволе скважине, как описано ранее. В ходе скважинной операции механическое отделение разлагаемых полимеров и реакция умных наполнителей с базовым полимером на основе TPE способствуют расширению неметаллического эластичного материала в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения, как описано ранее. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения коммерчески доступный продукт Hytrel® может применяться в качестве базового полимера на основе TPE для неметаллического эластичного материала.[52] In FIG. 10 illustrates another example of the chemical structure of a base polymer that can be used in a non-metallic elastic material according to one or more embodiments of the present invention. In particular, in FIG. 10 shows a thermoplastic polyester elastomer (TPE) block copolymer. For example, in the chemical foaming process described above with reference to FIG. 3, the polymer foam can be made using TPE (such as the block copolymer shown in FIG. 10) compounded with smart fillers, which may include swelling or reinforcing fillers for the polymer material, and a chemical blowing agent as described previously. The resulting TPE polymer foam can be used as a non-metallic elastic material for a sand filter device according to one or more embodiments of the present invention, which material can be mechanically compressed by degradable polymers prior to deployment in the wellbore as previously described. During downhole operation, the mechanical separation of the degradable polymers and the reaction of the smart fillers with the TPE base polymer promote expansion of the non-metallic elastic material in accordance with one or more embodiments of the present invention, as previously described. In one or more embodiments of the present invention, a commercially available Hytrel® product can be used as a TPE-based base polymer for a non-metallic elastic material.

[53] На фиг. 11 представлен другой пример химической структуры базового полимера, который может применяться в неметаллическом эластичном материале согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. В частности, на фиг. 11 показан полиамид-полиэфирный (PA-PE - англ.: polyamide-polyether) термопластичный эластомер в качестве химической структуры. Например, в процессе химического вспенивания, который описан выше со ссылкой на фиг. 3, полимерный вспененный материал может быть изготовлен с применением TPE, PA-PE (например, полимеров, показанный на фиг. 11), компаундированных с умными наполнителями, которые могут включать в себя разбухающие или армирующие наполнители для полимерного материала, и химическим вспенивающим средством, как описано ранее. Полученный в результате полимерный вспененный материал на основе TPE, PA-PE может применяться в качестве неметаллического эластичного материала для устройства противопесочного фильтра согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения, причем указанный материал может быть механически сжат посредством разлагаемых полимеров до развертывания в стволе скважине, как описано ранее. В ходе скважинной операции механическое отделение разлагаемых полимеров и реакция умных наполнителей с базовым полимером на основе TPE, PA-PE способствуют расширению неметаллического эластичного материала в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения, как описано ранее. [53] In FIG. 11 shows another example of the chemical structure of a base polymer that can be used in a non-metallic elastic material according to one or more embodiments of the present invention. In particular, in FIG. Figure 11 shows polyamide-polyether (PA-PE) thermoplastic elastomer as a chemical structure. For example, in the chemical foaming process described above with reference to FIG. 3, the polymer foam material can be made using TPE, PA-PE (such as the polymers shown in Fig. 11), compounded with smart fillers, which may include swelling or reinforcing fillers for the polymer material, and a chemical blowing agent, as described previously. The resulting TPE, PA-PE polymer foam can be used as a non-metallic elastic material for a sand filter device according to one or more embodiments of the present invention, which material can be mechanically compressed by degradable polymers prior to deployment in a wellbore, as described earlier. During downhole operation, the mechanical separation of the degradable polymers and the reaction of the smart fillers with the TPE, PA-PE base polymer promote expansion of the non-metallic elastic material in accordance with one or more embodiments of the present invention as previously described.

[54] На фиг. 12 представлен другой пример базового полимера, который может применяться в неметаллическом эластичном материале согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Например, на фиг. 12 показан пример полиолефина, который может представлять собой вспененный сшитый полиэтилено (XLPE - англ.: cross-linked polyethylene), согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Преимущественно, сшитый полиэтилен может значительно улучшить ударную вязкость при низких температурах, стойкость к истиранию и стойкость к растрескиванию под воздействием окружающей среды химической структуры. Однако сшитый полиэтилен может в некоторой степени снизить твердость и жесткость химической структуры. Поскольку XLPE подобен эластомерам, XLPE не плавится и является термостойким. Кроме того, максимальный модуль упругости при сдвиге химической структуры увеличивается с увеличением плотности сшивки (даже при более высоких температурах). Фактически, XLPE имеет значительно улучшенные свойства по сравнению с обычным полиэтиленом. Например, сшивание в XLPE улучшает температурные свойства базового полимера. Адекватная прочность сохраняется в диапазоне температур 120-150 °C, и химическая стабильность повышается за счет сопротивления растворению. Улучшены низкотемпературные свойства. Имеет место улучшение ударной вязкости и прочности при растяжении, устойчивости к царапинам и сопротивления хрупкому разрушению.[54] In FIG. 12 illustrates another example of a base polymer that can be used in a non-metallic elastic material according to one or more embodiments of the present invention. For example, in FIG. 12 shows an example of a polyolefin, which may be a cross-linked polyethylene foam (XLPE), according to one or more embodiments of the present invention. Advantageously, XLPE can greatly improve the low temperature impact strength, abrasion resistance and environmental cracking resistance of the chemical structure. However, cross-linked polyethylene can reduce the hardness and rigidity of the chemical structure to some extent. Because XLPE is similar to elastomers, XLPE does not melt and is heat resistant. In addition, the maximum shear modulus of a chemical structure increases with increasing cross-link density (even at higher temperatures). In fact, XLPE has significantly improved properties compared to conventional polyethylene. For example, crosslinking in XLPE improves the thermal properties of the base polymer. Adequate strength is maintained in the temperature range of 120-150 °C, and chemical stability is enhanced by resistance to dissolution. Improved low temperature properties. There is an improvement in toughness and tensile strength, scratch resistance and resistance to brittle fracture.

[55] Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения вспененный сшитый полиэтилен, показанный на фиг. 12, может представлять собой открытоячеистый вспененный материал, который может изготавливаться с применением различных химических вспенивающих средств в ходе процесса формования, как описано ранее. Например, в процессе химического вспенивания, который описан выше со ссылкой на фиг. 3, открытоячеистый вспененный материал может быть изготовлен с применением XLPE, компаундированного с умными наполнителями, которые могут включать в себя разбухающие или армирующие наполнители для полимерного материала, и химическим вспенивающим средством, как описано ранее. Полученный в результате открытоячеистый вспененный материал на основе XLPE может применяться в качестве неметаллического эластичного материала для устройства противопесочного фильтра согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения, причем указанный материал может быть механически сжат посредством разлагаемых полимеров до развертывания в стволе скважине, как описано ранее. Например, на фиг. 13(A) и 13(B) показана морфология полиолефинового вспененного материала соответственно с разрешением 200 мкм и разрешением 100 мкм. Как показано на фиг. 13(A) и 13(B), морфология полиолефинового вспененного материала включает в себя открытоячеистую структуру. В ходе скважинной операции механическое отделение разлагаемых полимеров и реакция умных наполнителей с базовым полимером на основе XLPE способствуют расширению неметаллического эластичного материала в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения, как описано ранее.[55] According to one or more embodiments of the present invention, the cross-linked polyethylene foam shown in FIG. 12 may be an open cell foam that may be manufactured using various chemical blowing agents during the molding process as previously described. For example, in the chemical foaming process described above with reference to FIG. 3, the open cell foam material can be made using XLPE compounded with smart fillers, which may include swelling or reinforcing fillers for the polymeric material, and a chemical blowing agent as previously described. The resulting open cell XLPE foam material can be used as a non-metallic elastic material for a sand filter device according to one or more embodiments of the present invention, which material can be mechanically compressed through degradable polymers prior to deployment in the wellbore as previously described. For example, in FIG. 13(A) and 13(B) show the morphology of the polyolefin foam material at 200 μm resolution and 100 μm resolution, respectively. As shown in FIG. 13(A) and 13(B), the morphology of the polyolefin foam material includes an open cell structure. During downhole operation, the mechanical separation of the degradable polymers and the reaction of the smart fillers with the XLPE-based base polymer promote expansion of the non-metallic elastic material in accordance with one or more embodiments of the present invention, as previously described.

[56] На фиг. 14 и 15 представлен другой пример базового полимера, который может применяться в неметаллическом эластичном материале согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Например, на фиг. 14 показан пример процесса получения кремнийорганического вспененного материала, а на фиг. 15 показаны примеры кремнийорганического вспененного материала. Как показано на фиг. 14, смешивание друг с другом составляющих компонентов кремнийорганического вспененного материала вызывает образование газообразного водорода. Газообразный водород вызывает расширение материала с образованием вспененного материала. В одном или более вариантах осуществления вспененный материал может быть отвержден для повышения его прочности и простоты обработки.[56] In FIG. 14 and 15 provide another example of a base polymer that can be used in a non-metallic elastic material according to one or more embodiments of the present invention. For example, in FIG. 14 shows an example of a process for producing silicone foam, and FIG. 15 shows examples of silicone foam material. As shown in FIG. 14, mixing the constituent components of the silicone foam material with each other causes the formation of hydrogen gas. Hydrogen gas causes the material to expand to form foam. In one or more embodiments, the foam material may be cured to improve its strength and ease of processing.

[57] Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения кремнийорганический вспененный материал, показанный на фиг. 14 и 15, может представлять собой открытоячеистый вспененный материал, который может изготавливаться с применением различных химических вспенивающих средств в ходе процесса формования, как описано ранее. Например, в процессе химического вспенивания, который описан выше со ссылкой на фиг. 3, открытоячеистый вспененный материал может быть изготовлен с применением кремнийорганического вспененного материала, компаундированного с умными наполнителями, которые могут включать в себя разбухающие или армирующие наполнители для полимерного материала, и химическим вспенивающим средством, как описано ранее. Полученный в результате кремнийорганический открытоячеистый вспененный материал может применяться в качестве неметаллического эластичного материала для устройства противопесочного фильтра согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения, причем указанный материал может быть механически сжат посредством разлагаемых полимеров до развертывания в стволе скважине, как описано ранее. В ходе скважинной операции механическое отделение разлагаемых полимеров и реакция умных наполнителей с кремнийорганическим вспененным базовым полимером способствуют расширению неметаллического эластичного материала в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения, как описано ранее.[57] According to one or more embodiments of the present invention, the silicone foam material shown in FIG. 14 and 15 may be an open cell foam that may be manufactured using various chemical blowing agents during the molding process as previously described. For example, in the chemical foaming process described above with reference to FIG. 3, the open cell foam can be made using silicone foam compounded with smart fillers, which may include swelling or reinforcing fillers for the polymeric material, and a chemical blowing agent as previously described. The resulting silicone open-cell foam material can be used as a non-metallic elastic material for a sand filter device according to one or more embodiments of the present invention, which material can be mechanically compressed through degradable polymers prior to deployment in the wellbore as previously described. During downhole operation, the mechanical separation of the degradable polymers and the reaction of the smart fillers with the silicone foam base polymer promote expansion of the non-metallic elastic material in accordance with one or more embodiments of the present invention as previously described.

[58] На фиг. 16 представлен другой пример базового полимера, который может применяться в неметаллическом эластичном материале согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Например, на фиг. 16 показан пример эпоксидного вспененного материала. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения эпоксидный вспененный материал, показанный на фиг. 16, может представлять собой открытоячеистый вспененный материал, который может изготавливаться с применением различных химических вспенивающих средств в ходе процесса формования, как описано ранее. Например, в процессе химического вспенивания, который описан выше со ссылкой на фиг. 3, открытоячеистый вспененный материал может быть изготовлен с применением эпоксидного вспененного материала, компаундированного с умными наполнителями, которые могут включать в себя разбухающие или армирующие наполнители для полимерного материала, и химическим вспенивающим средством, как описано ранее. На фиг. 17(A) и 17(B) показана морфология эпоксидного вспененного материала соответственно с разрешением 500 мкм и разрешением 200 мкм. Как показано на фиг. 17(A) и 17(B), морфология эпоксидного вспененного материала включает в себя открытоячеистую структуру. Полученный в результате эпоксидный открытоячеистый вспененный материал может применяться в качестве неметаллического эластичного материала для устройства противопесочного фильтра согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения, причем указанный материал может быть механически сжат посредством разлагаемых полимеров до развертывания в стволе скважине, как описано ранее. В ходе скважинной операции механическое отделение разлагаемых полимеров и реакция умных наполнителей с эпоксидным вспененным базовым полимером способствуют расширению неметаллического эластичного материала в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения, как описано ранее.[58] In FIG. 16 illustrates another example of a base polymer that can be used in a non-metallic elastic material according to one or more embodiments of the present invention. For example, in FIG. 16 shows an example of an epoxy foam material. According to one or more embodiments of the present invention, the epoxy foam material shown in FIG. 16 may be an open cell foam that may be manufactured using various chemical blowing agents during the molding process as previously described. For example, in the chemical foaming process described above with reference to FIG. 3, the open cell foam can be made using epoxy foam compounded with smart fillers, which may include swelling or reinforcing fillers for the polymeric material, and a chemical blowing agent as previously described. In fig. 17(A) and 17(B) show the morphology of the epoxy foam material at 500 μm resolution and 200 μm resolution, respectively. As shown in FIG. 17(A) and 17(B), the morphology of the epoxy foam material includes an open cell structure. The resulting epoxy open-cell foam material can be used as a non-metallic elastic material for a sand filter device according to one or more embodiments of the present invention, which material can be mechanically compressed through degradable polymers prior to deployment in the wellbore as previously described. During downhole operation, the mechanical separation of the degradable polymers and the reaction of the smart fillers with the epoxy foam base polymer promote expansion of the non-metallic elastic material in accordance with one or more embodiments of the present invention, as previously described.

[59] На фиг. 18 представлен другой пример базового полимера, который может применяться в неметаллическом эластичном материале согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Например, на фиг. 18 показан пример полиимидного открытоячеистого вспененного материала. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения полиимидный открытоячеистый вспененный материал, показанный на фиг. 18, может быть изготовлен с применением различных химических вспенивающих средств в ходе процесса формования, как описано ранее. Например, в процессе химического вспенивания, который описан выше со ссылкой на фиг. 3, открытоячеистый вспененный материал может быть изготовлен с применением полиимида, компаундированного с умными наполнителями (или без них), которые могут включать в себя разбухающие или армирующие наполнители для полимерного материала, и химическим вспенивающим средством, как описано ранее. Полученный в результате полиимидный открытоячеистый вспененный материал может применяться в качестве неметаллического эластичного материала для устройства противопесочного фильтра согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения, причем указанный материал может быть механически сжат посредством разлагаемых полимеров до развертывания в стволе скважине, как описано ранее. В ходе скважинной операции механическое отделение разлагаемых полимеров и реакция умных наполнителей с полиимидным базовым полимером способствуют расширению неметаллического эластичного материала в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения, как описано ранее.[59] In FIG. 18 illustrates another example of a base polymer that can be used in a non-metallic elastic material according to one or more embodiments of the present invention. For example, in FIG. 18 shows an example of a polyimide open cell foam. According to one or more embodiments of the present invention, the polyimide open cell foam material shown in FIG. 18 can be manufactured using various chemical blowing agents during the molding process as previously described. For example, in the chemical foaming process described above with reference to FIG. 3, the open cell foam can be made using polyimide compounded with (or without) smart fillers, which may include swelling or reinforcing fillers for the polymeric material, and a chemical blowing agent as previously described. The resulting polyimide open-cell foam material can be used as a non-metallic elastic material for a sand filter device according to one or more embodiments of the present invention, which material can be mechanically compressed by degradable polymers prior to deployment in the wellbore as previously described. During downhole operation, the mechanical separation of the degradable polymers and the reaction of the smart fillers with the polyimide base polymer promote expansion of the non-metallic elastic material in accordance with one or more embodiments of the present invention, as previously described.

[60] Полиимидный открытоячеистый вспененный материал, показанный на фиг. 18, который может применяться в качестве неметаллического эластичного материала для устройства противопесочного фильтра согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения, может выдерживать воздействие высоких температур до 300 °C. Кроме того, полиимидный открытоячеистый вспененный материал является гибким и восстанавливается в достаточной степени после снятия механического сжатия, обеспечиваемого разлагаемыми полимерами. Более того, состав полиимидного открытоячеистого вспененного материала может быть адаптирован под умные наполнители для того, чтобы улучшить эластичность и армирование.[60] The polyimide open cell foam material shown in FIG. 18, which can be used as a non-metallic elastic material for a sand filter device according to one or more embodiments of the present invention, can withstand high temperatures up to 300 °C. In addition, polyimide open-cell foam is flexible and recovers sufficiently after the release of mechanical compression provided by degradable polymers. Moreover, the composition of polyimide open-cell foam can be customized with smart fillers to improve elasticity and reinforcement.

[61] Несмотря на то, что несколько вариантов осуществления настоящего изобретения подробно описаны выше, специалисты в данной области техники легко поймут, что возможно множество модификаций без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации входят в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения[61] Although several embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without significantly departing from the teachings of the present invention. Accordingly, such modifications are within the scope of the present invention as defined by the claims.

Claims

1. Anti-sand filter device for use in well operations for hydrocarbon production, containing:

a non-metallic material having a compressed state and an expanded state;

wherein said non-metallic material comprises: a base polymer; and one or more smart fillers dispersed in a polymer matrix of non-metallic material; And

a mechanical clamp that compresses a non-metallic material in a compressed state,

wherein one or more smart fillers react with the base polymer in an expanded state upon exposure to wellbore conditions,

the mechanical retainer being a degradable polymer wrapping tape.

2. The device according to claim 1, characterized in that the non-metallic material contains a foam structure.

3. The device according to claim 1, characterized in that the non-metallic material contains open-cell foam material.

4. The device according to claim 1, characterized in that the one or more smart fillers contain at least one of a swelling filler and a reinforcing filler.

5. The device of claim 1, wherein the condition in the wellbore causes the degradable polymer wrapping tape to dissolve.

6. The device of claim 1, wherein a condition in the wellbore causes the mechanical fastener to separate from the non-metallic material.

7. The device according to claim 6, characterized in that in the expanded state the non-metallic material corresponds to the wellbore.

8. The apparatus of claim 1, wherein the one or more smart fillers react with the base polymer in an expanded state upon exposure to a wellbore condition by stiffening the non-metallic material.

9. The device according to claim 1, characterized in that the base polymer is at least one material selected from the group consisting of: polyurethane, thermoplastic polyurethane, thermoplastic elastomer, polyether-ester block copolymer, polyamide-polyester thermoplastic elastomer, polyolefin, cross-linked polyethylene, silicone rubber, nitrile butadiene rubber (NBR), hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR), ethylene propylene diene monomer rubber (EPDM), any type of fluoroelastomer, epoxy resin, and polyimide.

10. The device according to claim 1, characterized in that the one or more smart fillers are at least one material selected from the group consisting of: superabsorbent polymer, ethylene propylene diene monomer rubber (EPDM), hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR), Portland cement , aluminous cement, fly ash, slag cement, MgO, ZnO, Ca(OH) ₂ , ZnCl ₂ , MgCl ₂ , CaCl ₂ , CaCO ₃ , Na ₂ CO ₃ and K ₂ CO ₃ .

11. The device according to claim 1, characterized in that the non-metallic material experiences an increase in elastic modulus upon transition from a compressed state to an expanded state.

12. A method for completing a well, including the stages in which:

coating at least one main pipe with a non-metallic material comprising a base polymer and one or more smart fillers;

compressing the non-metallic material by means of a mechanical fastener, the mechanical fastener being a degradable polymer wrapping tape;

lowering the main pipe to a location within the wellbore;

carry out expansion of non-metallic material;

ensure that the non-metallic material matches the wellbore wall;

impart rigidity to non-metallic material;

filtering fluid through a non-metallic material towards the main pipe;

disconnecting the non-metallic material from the main pipe; And

lift the main pipe from the wellbore.

13. The method of claim 12, wherein the one or more smart fillers comprise at least one of a swelling filler and a reinforcing filler.

14. The method of claim 12, wherein the expansion step includes dissolving the degradable polymer wrapping tape.

15. The method according to claim 12, characterized in that the expansion step includes separating the mechanical retainer.

16. A method for completing a wellbore in an underground formation, including the steps of:

placing an expandable sand control device in the wellbore and forming an annular space between the sand control device and the wellbore, said sand control device having an open-cell structure with a non-metallic material containing a base polymer; and one or more smart fillers, wherein the non-metallic material is configured to expand and fill the annular space;

compressing the expandable sand control device by means of a mechanical clamp prior to the placement step, wherein the mechanical clamp is a degradable polymer wrapping tape.