CN103620158B - 可渗透材料压实方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种可渗透材料压实方法，包括：在至少一组辊之间进给可渗透材料；以及使可渗透材料的横截面面积随着该可渗透材料在所述至少一组辊之间经过而减少。

Description

可渗透材料压实方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月28日提交的美国申请No.13/170320的优先权，该申请全部内容在此引入作为参考。

背景技术

砾石充填是在井下工业中使用的用砾石填充环空的工艺。通过这种工艺填充的砾石可渗透流体，同时提供对例如地层中井眼壁的支撑。该支撑防止了对地层壁的侵蚀及其它损害，如果没有砾石支撑就可能会引起这些侵蚀及其它损害。最新的改进是用可渗透的空间贴合材料代替砾石充填，可渗透的空间贴合材料在部署于环空中之后能膨胀而填充环空。在2010年9月9日授权给Willauer等的美国专利7,828,055中描述了这种材料，该专利的全部内容在此引入作为参考，这种材料在部署前需要压实或压缩。用于压实这种材料的方法和系统在本领域是众所周知的。

发明内容

在此披露了一种可渗透材料压实方法，其包括：在至少一组辊之间进给可渗透材料；和使可渗透材料的横截面面积随着该可渗透材料在所述至少一组辊之间经过而减少。

还披露了一种可渗透材料压实设备，其包括至少一组辊。这些辊相对彼此被配置和定向成将运动通过所述至少一组辊的可渗透材料压实，从而与穿过所述至少一组辊之前的可渗透材料的横截面面积相比，减小随后穿过所述至少一组辊的可渗透材料的横截面面积。

附图说明

无论如何，下面的描述都不应看作是限制性的。参照附图，同样的元件用相同的数字标记：

图1描绘了在此披露的可渗透材料压实设备的侧视图；

图2描绘了图1的可渗透材料压实设备的透视图；

图3描绘了图1的可渗透材料压实设备的端视图；

图4描绘了在此披露的可渗透材料压实设备的替代实施例的透视图；

图5描绘了图4的可渗透材料压实设备中采用的成型模的透视图；

图6描绘了在此披露的可渗透材料压实设备的替代实施例的透视图；和

图7描绘了图6的可渗透材料压实设备的端视图。

具体实施方式

参照这些附图，在此以举例而非限制性的方式给出了所披露的设备和方法的一个或多个实施例的详细说明。

参照图1、2和3，在此披露的可渗透材料压实设备以附图标记10示出。该设备10包括至少一组辊14，在该实施例中显示了四组辊14。每组辊14中的每个辊18A都相对于这组特定辊14中的其它辊18B定向成使得例如坯体形式的可渗透材料22在经过辊18A和18B之间时被压实。与可渗透材料22经过辊18A、18B之间之前的横截面面积相比，这种压实导致可渗透材料22在经过辊18A、18B之间之后横截面面积减少。

可渗透材料22可以是例如泡沫或是由随机形成的或成多层的多根条束形成的垫子。可渗透材料22具有形状记忆性能，使得其具有存储在可渗透材料中的内力，该内力典型地为应力的形式，所述内力促使可渗透材料22回复到其压实之前的形状和大小或回复到接近其压实之前的形状和大小。这种材料在已被压缩之后可接着膨胀。可用作可渗透材料的材料的几个例子是形状记忆聚合物和形状记忆金属。

加热装置26（只在图1中显示）定位并构造成使可渗透材料22中的温度在可渗透材料22被这些组辊14压实之前升高。另外，冷却装置30（也只在图1中显示）定位并构造成使可渗透材料22中的温度在可渗透材料22被这些组辊14压实之后降低。由此，可渗透材料压实设备10可以使可渗透材料22经历体积减小，然后在新的减小体积下将可渗透材料22基本上冻结，直到可渗透材料22暴露于一环境下，在该实施例中所述环境例如是温度升高的环境，其中可渗透材料22能够释放存储在其中的压实应力，并朝着原来的较大体积膨胀。

在图1-图3的实施例中，各组纵向布置的辊14被定位成基本上垂直于与之相邻的其他组辊14。由此，一组中的辊18A、18B的旋转轴线垂直于与之相邻的那组辊14中的辊18A、18B的旋转轴线。应该注意，可想到替代实施例，在该替代实施例中，相邻组辊14所具有的辊18A、18B具有不以90度的角度定向的旋转轴线。所示组辊14中的每个辊18A、18B具有能与可渗透材料22相接合的表面34，这些表面34共同形成近似椭圆形。可以想象，退出第一组辊14的可渗透材料22将具有近似椭圆形的横截面形状。但是，由于第二组辊14施加到可渗透材料22上的椭圆形形状的正交方向，退出第二组辊14的同一可渗透材料22可具有近似圆形的横截面形状。

另外，在所示的实施例中，第三组和第四组辊14以分别类似于第一组和第二组辊14的方式定向。第三组和第四组辊14在由其中一个辊18A相对于另一个辊18B的表面34之间限定的尺寸36上与第一组和第二组辊14不同，第三组和第四组辊14在所述表面34之间的尺寸37小于第一组和第二组辊14的尺寸36。与总体积减小在单步中完成的情况相比，可渗透材料22的尺寸的这种分步地减小以及由此带来的横截面面积（以及体积）的分步地减小允许进行更受控制的体积减少过程。另外，可以旋转驱动辊18A、18B中的一个或多个，以帮助牵引可渗透材料22通过这些组辊14。尺寸分步地减小使得通过摩擦力能够减小被驱动的体积，而不会在辊14上过度滑动，或者除了由辊14施加在可渗透材料22上的牵引力外不需要轴向力。

可选的芯轴38（仅在图1中显示）可以位于穿过可渗透材料22的钻孔内。除了被构造成帮助加热和冷却可渗透材料22之外，芯轴38还可以允许可渗透材料22在仍然被压实的同时具有中空圆筒状形状。

参照图4和图5，以附图标记110示出了可渗透材料压实设备的替代实施例。设备110类似于设备10，因此下面仅仅描述区别。设备110包括成型模142，所述成型模142成型并构造成装配在其中一组辊14的辊18A、18B和另一组辊14的辊18A、18B之间，以限制或防止可渗透材料22在该可渗透材料在相邻组辊14之间行进时膨胀。成型模142具有表面146，该表面允许可渗透材料22在这些组辊14之间行进时沿着该表面滑动。表面146相对于辊18A、18B定位和定轮廓，以在刚刚对可渗透材料22进行了最大压实之后被可渗透材料22接合，从而使可渗透材料22的膨胀最小化。表面146继续接合可渗透材料22，直到它开始由下一组辊14压实。

成型模142的出口部分150可以充当最终定尺寸模。可以根据可渗透材料22和设备146的参数来选择出口部分150的长度，以保证例如可渗透材料22已被充分冷却，以至不会在退出出口部分150时发生膨胀。另外，成型模142可以充当加热装置26和冷却装置30之一或两者，以在通过设备110的路径上的期望位置处帮助改变可渗透材料22中的温度。

参照图6和图7，以附图标记210示出了可渗透材料压实设备的另一替代实施例。与设备10和110不同，设备210具有一组辊212，该组辊包括多个辊216，每个辊216均具有旋转轴线220，所述旋转轴线相对于限定了可渗透材料22通过设备210的行进中心的轴线224倾斜，并且相对于其他辊216中每个辊倾斜。这里使用的倾斜的定义是指既不平行也不相交。如在此描述并显示地定向的辊216形成漏斗形状，更具体地说，辊的中心基本上被一二次曲面、即双曲抛物面包含。具有初始周长228的可渗透材料22在通过各个辊被进给时基本上同时地与每个辊216相接合。可渗透材料22和辊216之间的接合继续，直到可渗透材料22已经被压实到最终周长232基本上等于由多个辊216中的每个辊的表面236限定的最小尺寸圆的程度，如图7观察端所观察的。

虽然在图6和图7中没有显示出，但是，应当理解，除了成型模142之外，设备210的实施例可以采用替代形状的成型模，其中，一个或多个成型模在可渗透材料接合辊216之前接合可渗透材料22，一个或多个成型模在可渗透材料退出与辊216的接合时接合可渗透材料22。也可以加热和/或冷却这种成型模，以在可渗透材料通过设备210时在所希望的位置提供所希望的可渗透材料22温度变化，以及在可渗透材料离开设备210时作为用于可渗透材料22的最终定尺寸模具。替代实施例也可以采用多组辊216，每组相继的辊216限定不同或者可能更小的最终周长。

一个或多个辊216也可以以类似于设备10中辊18A和18B被驱动的方式被旋转驱动，以帮助牵引可渗透材料22通过设备210。

虽然本发明是参照一个或多个示例性实施例进行描述的，本领域技术人员应当明白，在没有背离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，也可以利用等效物来代替其元件。另外，在没有脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多改进，以使具体情形或材料适应本发明的教导。所以，本发明不局限于作为用于执行本发明的最佳方式的所公开的特定实施例，而是，本发明包括落入权利要求书的范围之内的所有实施例。并且，在附图和说明书中披露的都是本发明的示例性实施例，虽然可能采用了特定术语，但是，除非另有说明，这些特定术语仅用于一般和描述性意义，而不是用于限制目的，本发明的范围不由此限定。此外，术语第一、第二等的使用不表示任何次序或重要程度，而是用来将一个元件与另一个元件相互区分开。此外，术语“一”等的使用不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的对象。

Claims (20)

1.一种可渗透材料压实方法，包括：

在至少一组辊之间进给可渗透材料；

使可渗透材料的横截面面积随着该可渗透材料在所述至少一组辊之间经过而减少；以及

在比所述横截面面积减少之前的可渗透材料体积小的体积下冻结可渗透材料。

2.如权利要求1所述的可渗透材料压实方法，还包括：在进给所述可渗透材料之前，加热该可渗透材料。

3.如权利要求1所述的可渗透材料压实方法，还包括：在所述可渗透材料的横截面面积减少之后，冷却该可渗透材料。

4.如权利要求1所述的可渗透材料压实方法，其中，通过所述至少一组辊中的一组减少可渗透材料的横截面面积主要是沿着基本上不同于通过所述至少一组辊中的另一组减少可渗透材料的横截面面积的方向进行的。

5.如权利要求1所述的可渗透材料压实方法，其中，通过所述至少一组辊中的一组减少可渗透材料的横截面面积主要是沿着垂直于通过所述至少一组辊中的另一组减少可渗透材料的横截面面积的方向进行的。

6.如权利要求1所述的可渗透材料压实方法，还包括：在芯轴的径向上定位可渗透材料。

7.如权利要求1所述的可渗透材料压实方法，其中，减少所述横截面面积包括压实。

8.如权利要求1所述的可渗透材料压实方法，其中，所述至少一组辊包括至少两组辊，减少所述横截面面积利用所述至少两组辊分步进行，所述至少两组辊被设定成执行所述步中的两步。

9.如权利要求1所述的可渗透材料压实方法，还包括：使所述至少一组辊中的至少一个辊旋转，以帮助牵引所述至少一组辊之间的可 渗透材料。

10.如权利要求1所述的可渗透材料压实方法，其中，减少所述横截面面积包括保持可渗透材料的基本上圆形的横截面形状。

11.如权利要求1所述的可渗透材料压实方法，还包括：在可渗透材料经过所述至少一组辊时，加热该可渗透材料。

12.一种可渗透材料压实设备，包括具有多个辊的至少一组辊，所述多个辊相对彼此被配置和定向成将运动通过所述至少一组辊的可渗透材料压实，从而与经过所述至少一组辊之前的可渗透材料的横截面面积相比，减小随后经过所述至少一组辊的可渗透材料的横截面面积，其中，所述可渗透材料压实设备还包括冷却装置，所述冷却装置被构造成在比所述横截面面积减少之前的可渗透材料体积小的体积下冻结可渗透材料。

13.如权利要求12所述的可渗透材料压实设备，其中，所述至少一组辊为两组辊，其中一组辊中的辊的旋转轴线不平行于另一组辊中的辊的旋转轴线。

14.如权利要求12所述的可渗透材料压实设备，其中，所述至少一组辊中的辊的轴线定向成基本上垂直于被所述至少一组辊压实的可渗透材料的轴线。

15.如权利要求12所述的可渗透材料压实设备，其中，旋转驱动至少一个辊，以帮助牵引可渗透材料通过所述至少一组辊。

16.如权利要求12所述的可渗透材料压实设备，还包括位于所述至少一组辊中的纵向相邻组之间的至少一个成型模，所述成型模被构造成在可渗透材料通过时防止可渗透材料膨胀。

17.如权利要求12所述的可渗透材料压实设备，还包括加热装置，所述加热装置被构造成使可渗透材料在通过所述至少一组辊之前温度升高。

18.如权利要求12所述的可渗透材料压实设备，其中，所述至少一组辊包括多个辊，每个辊的旋转轴线相对于所述至少一组辊中的每个其它辊的轴线倾斜。

19.如权利要求18所述的可渗透材料压实设备，其中，这些辊的每个旋转轴线均相对于限定了可渗透材料通过可渗透材料压实设备的运动的纵向轴线倾斜。

20.如权利要求12所述的可渗透材料压实设备，还包括加热装置，所述加热装置被构造成使可渗透材料在该可渗透材料通过所述至少一组辊时温度上升。