Установка пластыря из материала, обладающего эффектом «памяти формы»

В настоящее время «память формы» обнару­жена у широкого круга сплавов, принадлежащих к различным системам, в частности, у сплавов системы: Ti-Ni, Fe-Ni, Cu-Ai, Co-Ni, Ti-Ni-Co, Fe-Ni-Ti, Co-Al-Ni, Cu-Zn-Al….

Феноменология (умозрительное описание явления) эффек­та памяти заключается в следующем. Материал в виде ленты, листа, проволоки и т. п., обладающий эффектом запоминания формы, пластически деформируют при температуре Тд выше температуры прямого мартенситного превращения Мн с це­лью придания ему определенной заданной формы и размеров, затем охлаждают до температур, обеспечивающих протекание (полное или частичное) мартенситного превращения и дефор­мируют в этой температурной области до получения промежу­точной, технологически требуемой формы. При нагреве выше температуры обратного мартенситного превращения Ак обра­зец вновь восстанавливает заданную форму, которая была ему придана при температуре Тд>Мн.

Схематически этот эффект изображен на рис. 6.35.

На рис. 6.35, в показан процесс изменения формы попереч­ного сечения от цилиндрической заготовки пластыря до его установки в обсадной колонне при термоциклировании.

Эффект «памяти формы» проявляется в строго определен­ном для каждого сплава интервале температур. При этом нача­ло и конец восстановления формы разделены по температуре несколькими градусами или десятками градусов. Изменяя мас­совое соотношение компонентов в сплаве, добавляя в него дру­гие элементы, удается менять температуру проявления памяти в широких пределах.

Рис. 6.35. Схема устройства и интерпретации эффекта «памяти формы» пластыря

В настоящее время разработаны сплавы, в которых темпе­ратуру «эффекта памяти» можно менять от -200 до Н-500°С, сохраняя при этом высокую точность восстановления перво­начально заданной формы.

Отдельные сплавы с «памятью формы» обладают следую­щими уникальными свойствами: усилиями, восстанавливающи­ми исходную форму; эффектом изменения формы с восста­навливающими эту форму усилиями; коррозионной стойкос­тью; высокой демпфирующей способностью; высоким уров­нем внутреннего трения.

Сплавы, обладающие «памятью формы», имеют большие перспективы и в недалеком будущем смогут найти широкое применение при ремонтах скважин для восстановления герме­тичности обсадных колонн, перекрытия поглощающих и про­являющих пластов, перетоков и т. д.

Так, гофрированный пластырь, изготовленный из сплава, обладающего «памятью формы», без особых материальных и трудовых затрат по упрощенной технологии и с помощью не­дорогостоящего оборудования может быть спущен на канате к месту дефекта обсадной колонны. При создании на пластыре температуры обратного мартенситного превращения Ак плас­тырь примет первоначальную (круглую в поперечном сечении) форму и образует надежное контактное сцепление со стенкой ремонтируемого участка обсадной колонны.

Используя имеющиеся данные о так называемом эффекте обратной памяти в области металлов и сплавов, обладающих эффектом «памяти формы», нефтяники смогут извлекать из обсадной колонны пластырь после его износа, закрывать и от­крывать продуктивные пласты, регулировать приток продук­ции в скважины.

Для изготовления гофрированных пластырей подходит сплав с «памятью формы» на основе никелида титана, обладающий следующими свойствами:

Предел прочности, МПа ………………………..................................................1200 1900

Относительное удлинение, %..............................................................15 100

Относительная деформация при формовосстановлении, % ... .8—15

Степень восстановления исходной формы, %..............................95—100

Усилие, развиваемое при восстановлении формы, МПа ………До 800

Температурный интервал изменения формы, °С ……………От -200 до +150

Такой сплав коррозионно и износостоек, немагнитен, со­вместим с биологическими тканями, обладает высокой дефор-мативной способностью.

Пластыри из никелида титана наиболее экономичны и эф­фективны для применения в скважинах, содержащих серово­дород и другие агрессивные среды.

Для восстановления первоначальной формы пластыря мож­но использовать электрический или химический способы, го­рячий воздух (газ), а при охлаждении — жидкий азот.

При электрическом нагреве применяют нагревательные элементы, а при химическом — выделение тепла при взаимо­действии (реакции) двух или нескольких веществ, а также го­рячий воздух (газ).

Для реализации предлагаемого метода ремонта скважин с помощью пластыря из никелида титана или других сплавов требуется провести исследовательские работы и испытания, а также организовать промышленное изготовление гофрирован­ных пластырей. Создание пластырей, обладающих «памятью формы», и устройств для их транспортировки в скважину име­ет важное практическое значение.

Одним из вариантов устройства для транспортировки и установки пластыря, обладающего эффектом «памяти фор­мы», является капсула (см. рис. 6.35, а). Устройство включает пластырь, перфорированную штангу, нагревательные элементы (ТЭНы), соединительные муфты и ограничительные упоры.

После спуска пластыря к месту дефекта по кабелю подает­ся напряжение на нагревательные элементы. После достиже­ния заданной температуры пластырь восстанавливает свою первоначальную цилиндрическую форму, сопрягаясь с обсад­ной колонной.