一种基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管及方法

本发明涉及油气开采井下完井技术及煤矿安全工程，尤其涉及一种基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管及方法。

背景技术：

1、油气开采及煤矿瓦斯抽采领域中，筛管是保障开采通道畅通、阻挡地层固体颗粒进入井筒的关键井下工具。传统的筛管主要包括割缝筛管、绕丝筛管、金属网筛管等，其外径固定，下入裸眼井段后与井壁之间往往存在环空间隙，需要进行砾石充填作业来填充该间隙以实现防砂和支撑井壁的功能。

2、然而，砾石充填完井技术存在工艺复杂、作业难度大、耗费时间长、充填不均匀易产生缺陷等问题。近年来，基于形状记忆聚合物的可膨胀筛管技术应运而生，该类筛管在地面被压缩至较小直径下入井内，到达预定位置后在井下温度刺激下自动膨胀至预设形状，紧密贴合井壁起到支撑作用的同时，能够实现自充填防砂。现有技术中已有采用形状记忆聚芳醚腈制备筛管材料的方案，以及将形状记忆聚合物层包覆于过滤筛管外侧的免填充可膨胀筛管，但现有形状记忆筛管技术存在以下显著缺陷：

3、1.形状记忆筛管由单向形状记忆聚合物制成，仅具备从压缩临时形状向膨胀永久形状单向回复的能力，只能一次性使用，无法回收。筛管膨胀后无法主动收缩，一旦井下工况发生变化，筛管无法回收，只能废弃于井下，造成材料浪费和井下遗留物风险。

4、2.传统筛管不具备在井下多次膨胀与收缩的可逆操作能力，无法实现可控的多次膨胀-收缩循环，不能根据实际需求灵活调整筛管外径或反复使用。

5、3.缺乏主动回收机制，在现有技术中，虽然有涉及形状记忆材料在井下工具中的应用，但其回收方式往往依赖材料降解或复杂的机械打捞作业，缺乏通过温度刺激主动触发收缩脱离井壁的简便回收手段。

6、4.适用场景有限，现有的单向形状记忆聚合物筛管操作繁琐，对于需要临时封堵后重新开放、或需要定期更换筛管的施工作业需求，难以适应油气井完井防砂生命周期结束后筛管回收的环保要求。

7、因此，亟待开发一种既能够在井下自主膨胀贴合井壁、又能按需主动收缩脱离井壁从而便于回收的新型智能筛管。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，包括：

3、基管，为中空管状结构，所述基管的管壁上设置有多个用于流体通过的孔缝结构；

4、双向形状记忆聚合物层，包覆于所述基管的外表面，由双向形状记忆聚合物材料构成，所述双向形状记忆聚合物材料具有可逆双向形状记忆效应，能够在温度刺激下实现可逆的膨胀与收缩；

5、过滤层，设置于所述双向形状记忆聚合物层的径向外侧，或设置于所述基管与所述双向形状记忆聚合物层之间；

6、温度调控组件，与所述双向形状记忆聚合物层相配合，用于在井下对所述双向形状记忆聚合物层施加温度刺激，触发其膨胀或收缩。

7、优选的，所述双向形状记忆聚合物材料为聚酰胺基热塑性聚酯型弹性体，其由硬段和软段交替共聚而成；所述硬段为聚酰胺链段，作为固定相提供形状记忆的骨架结构；所述软段为聚己内酯链段，作为可逆相实现温度响应的可逆结晶与熔融转变。

8、优选的，所述双向形状记忆聚合物材料至少具有熔融温度、结晶温度和一个玻璃化转变温度，以所述软段的熔融温度和结晶温度作为双向形状记忆效应的开关温度。

9、优选的，所述双向形状记忆聚合物层在井下第一温度条件下呈现膨胀状态，在井下第二温度条件下呈现收缩状态；所述第一温度低于所述软段的聚己内酯链段的结晶温度，所述第一温度为-10℃～23℃；所述第二温度高于所述软段的聚己内酯链段的熔融温度，所述第二温度为50℃～60℃；通过所述温度调控组件在所述第一温度与所述第二温度之间切换，实现所述筛管在收缩状态与膨胀状态之间的可逆转换。

10、优选的，所述温度调控组件选自以下任一种或多种的组合：

11、电加热元件，埋设于所述双向形状记忆聚合物层内或设置于所述基管内壁；

12、流体循环通道，设置于所述基管内部或所述双向形状记忆聚合物层内部；

13、井下原位发热装置。

14、优选的，所述双向形状记忆聚合物层为致密的无孔薄膜，所述过滤层设置于所述双向形状记忆聚合物层的外侧。

15、优选的，所述过滤层为弹性金属网、绕丝筛套或高分子滤网，所述过滤层固定于所述双向形状记忆聚合物层的外侧。

16、优选的，还包括设置于所述双向形状记忆聚合物层外侧的可降解保护层，所述可降解保护层在井下条件下逐渐降解，延迟所述筛管的膨胀启动时间。

17、优选的，还包括压力监测与控制系统，所述压力监测与控制系统包括设置于所述筛管内外两侧的压力传感器，以及与所述温度调控组件电性连接的控制器；所述控制器被配置为接收所述压力传感器的信号，并根据所述筛管的内外压差自动调节所述温度调控组件的加热或冷却功率。

18、本发明还提供一种采用上述基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管的施工方法，包括以下步骤：

19、s1、将所述筛管在井口进行预压缩处理，使所述双向形状记忆聚合物层处于收缩状态；

20、s2、将收缩状态的所述筛管下入至井下预定位置；

21、s3、通过所述温度调控组件对所述双向形状记忆聚合物层施加加热刺激，使所述双向形状记忆聚合物层膨胀至膨胀状态，贴合井壁；

22、s4、进行井下开采或抽采作业；

23、s5、当需要回收时，通过所述温度调控组件将所述双向形状记忆聚合物层的温度调节至收缩温度，使所述双向形状记忆聚合物层收缩至收缩状态，与井壁脱离；

24、s6、将收缩状态的所述筛管从井下起出回收；其中，步骤s3和步骤s5根据实际需要多次重复执行。

25、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

26、本发明提供的基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，将双向形状记忆聚合物应用于井下筛管领域，利用其可逆双向形状记忆效应，使筛管在温度刺激下能够反复进行膨胀与收缩的可逆转换，筛管在完成服役后可通过主动收缩脱离井壁，实现轻松回收，解决了传统smp筛管一次性使用、无法回收的技术难题；同时，本发明的筛管具备多次膨胀-收缩循环能力，可在不同井段或不同钻孔中重复使用，一次制造、多次使用，大幅降低了筛管材料和施工成本；此外，通过温度调控组件，操作人员可以根据井下实际工况，随时触发筛管的膨胀或收缩，实现筛管外径的按需调节，井下操作灵活可控。

1.一种基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，其特征在于，所述双向形状记忆聚合物材料为聚酰胺基热塑性聚酯型弹性体，其由硬段和软段交替共聚而成；所述硬段为聚酰胺链段，作为固定相提供形状记忆的骨架结构；所述软段为聚己内酯链段，作为可逆相实现温度响应的可逆结晶与熔融转变。

3.根据权利要求2所述的基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，其特征在于，所述双向形状记忆聚合物材料至少具有熔融温度、结晶温度和一个玻璃化转变温度，以所述软段的熔融温度和结晶温度作为双向形状记忆效应的开关温度。

4.根据权利要求2所述的基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，其特征在于，所述双向形状记忆聚合物层（2）在井下第一温度条件下呈现膨胀状态，在井下第二温度条件下呈现收缩状态；所述第一温度低于所述软段的聚己内酯链段的结晶温度，所述第一温度为-10℃～23℃；所述第二温度高于所述软段的聚己内酯链段的熔融温度，所述第二温度为50℃～60℃；通过所述温度调控组件（5）在所述第一温度与所述第二温度之间切换，实现所述筛管在收缩状态与膨胀状态之间的可逆转换。

5.根据权利要求1所述的基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，其特征在于，所述温度调控组件（5）选自以下任一种或多种的组合：

6.根据权利要求1所述的基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，其特征在于，所述双向形状记忆聚合物层（2）为致密的无孔薄膜，所述过滤层（3）设置于所述双向形状记忆聚合物层（2）的外侧。

7.根据权利要求1所述的基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，其特征在于，所述过滤层（3）为弹性金属网、绕丝筛套或高分子滤网，所述过滤层（3）固定于所述双向形状记忆聚合物层（2）的外侧。

8.根据权利要求1所述的基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，其特征在于，还包括设置于所述双向形状记忆聚合物层（2）外侧的可降解保护层（7），所述可降解保护层（7）在井下条件下逐渐降解，延迟所述筛管的膨胀启动时间。

9.根据权利要求1所述的基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管，其特征在于，还包括压力监测与控制系统，所述压力监测与控制系统包括设置于所述筛管内外两侧的压力传感器（4），以及与所述温度调控组件（5）电性连接的控制器；所述控制器被配置为接收所述压力传感器（4）的信号，并根据所述筛管的内外压差自动调节所述温度调控组件（5）的加热或冷却功率。

10.一种采用权利要求1-9任一项所述的基于双向形状记忆聚合物的可回收智能筛管的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：