Чувствительные к полю текучие среды



Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды
Чувствительные к полю текучие среды

 

C10M171 - Смазочные составы, отличающиеся только физическим критерием, например содержащие в качестве основы, загустителя или добавки ингредиенты, которые характеризуются исключительно определенными, выраженными в цифрах, физическими свойствами, т.е. содержащие ингредиенты, которые имеют полностью определенные физические свойства, но для которых химические свойства или не определены, или только весьма неопределенно указаны (химически определенные ингредиенты C10M101/00-C10M169/00; нефтяные фракции C10M101/02,C10M121/02,C10M159/04)

Владельцы патента RU 2439139:

ШЛЮМБЕРГЕР ТЕКНОЛОДЖИ Б.В. (NL)

Изобретение относится к магнитореологическим текучим средам. Представлено устройство, вызывающее переход текучей среды в полутвердое состояние в присутствии магнитного поля, содержащее нечувствительные к полю частицы и множество частиц, чувствительных к энергетическому полю, образующих цепочки, реагирующие на энергетическое поле, причем эти частицы выбраны из группы, включающей в себя частицы, в которых, по меньшей мере, один чувствительный к полю элемент с первой плотностью прикреплен, по меньшей мере, к одному элементу со второй плотностью, которая ниже первой плотности, частицы специальной формы, в которых, по меньшей мере, один чувствительный к полю элемент имеет одно или несколько пустотных включений, и их комбинации. Представлен также способ, обеспечивающий переход текучей среды в полутвердое состояние в емкости в присутствии магнитного поля. Технический результат - частицы улучшают чувствительную к полю текучую среду посредством уменьшения плотности без исключения свойств чувствительности к полю, обеспечивающих полезность, по изобретению замедляется ползучесть, результатом чего является улучшенное динамическое или статическое уплотнение. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка относится и испрашивает приоритет по временной заявке №61/030733, зарегистрированной 22 февраля 2008, включенной в состав данного документа полностью в виде ссылки.

Область техники изобретения

Данное изобретение, в общем, относится к чувствительным к полю текучим средам, и, конкретнее, к магнитореологическим и электрореологическим текучим средам с улучшенными свойствами, такими как гидравлическое сопротивление ползучести при малой плотности.

Предпосылки изобретения

Магнитореологические текучие среды обычно содержат магниточувствительные частицы, суспендированные в базовой текучей среде. Третий элемент, известный как добавка, можно также включать в состав для способствования суспендированию частиц и предотвращению агрегации. В отсутствие магнитного поля магнитореологическая текучая среда ведет себя аналогично ньютоновской текучей среде. Вместе с тем, в присутствии магнитного поля частицы, суспендированные в базовой текучей среде, упорядочиваются и образуют цепочки, являющиеся приблизительно параллельными магнитным силовым линиям, связанным с полем. Дополнительно, магнитное поле обуславливает переход текучей среды в полутвердое состояние, демонстрирующее увеличенное сопротивление сдвигу. Сопротивление сдвигу увеличивается вследствие магнитного притяжения между частицами цепочек. Примыкающие цепочки частиц объединяются с образованием стенки уплотнения. Эффект, производимый магнитным полем, можно как реверсировать, так и повторять. Электрореологические текучие среды являются аналогичными, хотя и чувствительными к электрическому полю вместо магнитного поля. Вместе с тем, чувствительные к полю текучие среды имеют некоторые недостатки.

Использование чувствительных к полю текучих сред в длинных столбах текучей среды, таких как столбы в стволах скважин, вызывает проблемы, поскольку удельная плотность текучей среды обычно выше, чем у обычных текучих сред, и для магнитореологических текучих сред имеет порядок 3-4. В результате, гидростатическое давление, производимое в нижних секциях длинного столба текучей среды, может достигать значений, достаточно больших для повреждения оборудования и нарушения заканчивания. Одной причиной относительно высокой удельной плотности магнитореологических текучих сред является то, что магнитные свойства, обеспечивающие выполнение своих функций чувствительными к полю частицами, имеются у материалов с относительно более высокой плотностью, чем у многих текучих сред, например, у железа и никеля. Некоторые примеры технологии магнитореологических частиц, известные в уровне техники, включают в себя способ изготовления сформированных магнитных частиц, опубликованный в материале Deshmukh, S.S. "Development, characterization and applications of magnetorheological fluid based 'smart' materials on the macro-to-micro scale/Разработка, определение параметров и применения на макро-микро уровне «умных» материалов, основанных на магнитнореологической текучей среде," MIT PhD Thesis, 2007; и магнитную дробь с полимерным покрытием, поставляемую под торговой маркой Dynabeads® компанией Invitrogen Corporation для сепарации биомассы и применения при расширении трещин.

Другим недостатком чувствительных к полю текучих сред является подверженность ползучести. Ползучесть относится к тенденции текучей среды проходить поперек цепочек частиц посредством прохода через пространство между частицами. Например, при герметизации вала магнитореологической текучей средой используется магнитное поле, наведенное между двумя сегментами конструкции кожуха, вызывающее образование текучей средой полутвердого уплотнения в промежутках между кожухом и валом. Данное уплотнение функционирует и когда вал вращается и когда не вращается, и также демонстрирует сопротивление сдвигу, которое может противодействовать перепаду давления, например, давления внутри кожуха и снаружи кожуха. Вместе с тем, перепад давления может все равно вызывать ползучесть текучей среды через пространства между магниточувствительными частицами. Другими словами, даже если магнитные силы являются достаточными для сопротивления силе сдвига вследствие нагрузки от перепада давления, базовая текучая среда имеет свободное прохождение через зазоры между магнитореологическими частицами. Это может приводить к нежелательному случаю, где потеря текучей среды или усиление потери возникает в камере, подлежащей уплотнению. Материалы Park, J.H, Chin, B.D., и Park, O.O., "Rheological Properties and Stabilization of Magnetorheological Fluids in a Water-in-Oil Emulsion/Реологические свойства и стабилизация магнитореологических текучих сред в эмульсии воды в нефти," Journal of Colloid and Interface Science 240, 349-354, 2001, описывают сдвиговые свойства магнитореологической текучей среды на основе эмульсии воды в нефти.

Сущность изобретения

Согласно варианту осуществления изобретения, устройство вызывающее переход текучей среды в полутвердое состояние в присутствии энергетического поля, содержит множество частиц, чувствительных к энергетическому полю, которые образуют цепочки, реагируя на энергетическое поле, причем частицы выбраны из группы, включающей в себя композитные частицы, в которых, по меньшей мере, один чувствительный к полю элемент с первой плотностью прикреплен, по меньшей мере, к одному элементу со второй плотностью, которая ниже первой плотности; сформированные частицы, в которых, по меньшей мере, один элемент, реагирующий на поле, имеет одно или несколько включений; и их комбинации.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, способ обеспечивающий переход текучей среды в полутвердое состояние в емкости в присутствии энергетического поля, содержит ввод множества частиц, чувствительных к энергетическому полю, которые образуют цепочки, реагируя на энергетическое поле, причем частицы выбраны из группы, включающей в себя композитные частицы, в которых, по меньшей мере, один чувствительный к полю элемент с первой плотностью прикреплен, по меньшей мере, к одному элементу со второй плотностью, которая ниже первой плотности; сформированные частицы, в которых, по меньшей мере, один элемент, реагирующий на поле, имеет одно или несколько включений; и их комбинации; и создание энергетического поля вблизи частиц.

Преимущество изобретения состоит в том, что плотность чувствительной к полю текучей среды можно уменьшить без исключения свойств чувствительности к полю, обеспечивающих полезность. В частности, плотность текучей среды можно уменьшить посредством уменьшения плотности частиц, чувствительных к полю, посредством использования композитных частиц, в которых, по меньшей мере, один элемент, чувствительный к полю, с первой плотностью прикреплен, по меньшей мере, к одному элементу со второй плотностью, которая ниже первой плотности, или посредством использования сформированные частицы, в которой, по меньшей мере, один чувствительный к полю элемент имеет одно или несколько включений, или посредством использования их комбинаций. Получающиеся в результате частицы остаются чувствительными к полю, несмотря на использование включений или материала более низкой плотности нечувствительного к полю. Такие текучие среды с уменьшенной плотностью, чувствительные к полю, могут быть особенно полезными в длинных столбах текучей среды, таких как находящиеся в стволах скважин.

Согласно другому варианту осуществления изобретения используют многофазную базовую текучую среду. Многофазная базовая текучая среда является смесью из двух или более веществ, по меньшей мере, два из которых являются несмешивающимися, например, водонефтяной эмульсией, пеной. Преимущество многофазных базовых текучих сред состоит в том, что поверхностное натяжение между границами несмешивающихся веществ, совмещенных с цепочками магниточувствительных частиц, стремится останавливать или замедлять ползучесть, результатом чего является улучшенное динамическое или статическое уплотнение.

Дополнительные признаки и преимущества изобретения должны стать более ясными из следующего подробного описания, рассмотренного совместно с прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

На Фигуре 1 показана система буровой площадки, на которой можно использовать настоящее изобретение.

На Фигуре 2 показана более подробно текучая среда Фигуры 1.

На Фигурах 3-9 показаны варианты осуществления геометрии композитной частицы.

На Фигурах 10 и 11 показаны варианты осуществления геометрии сформированных частиц.

На Фигуре 12 показана смесь частиц, чувствительных к полю и не чувствительных к полю.

На Фигуре 13 показано уплотнение вала в магнитореологической текучей среде.

На Фигуре 14 показана ползучесть текучей среды в однофазной базовой текучей среде.

На Фигуре 15 показано сопротивление ползучести текучей среды в многофазной базовой текучей среде.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фигуре 1 показана буровая площадка, на которой можно использовать настоящее изобретение. Буровая площадка может быть наземной или морской. В данной системе, являющейся примером, ствол (11) скважины выполнен в подземных пластах роторным бурением, общепринятым способом. В вариантах осуществления изобретения можно также использовать наклонно-направленное бурение, описанное ниже в данном документе.

Бурильная колонна (12) подвешена в стволе (11) скважины и имеет компоновку (100) низа бурильной колонны, включающую в себя буровое долото (105) на своем нижнем конце. Наземная система включает в себя компоновку (10) платформы и вышки, установленную над стволом (11) скважины, компоновку (10), включающую в себя ротор (16), ведущую бурильную трубу (17), крюк (18) и вертлюг (19). Бурильную колонну (12) вращает ротор (16), приводимый в действие не показанным средством, соединенный с ведущей бурильной трубой (17) на верхнем конце бурильной колонны. Бурильная колонна (12) подвешена на крюке (18), прикрепленном к талевому блоку (также не показано), через ведущую бурильную трубу (17) и вертлюг (19), обеспечивающий вращение бурильной колонны относительно крюка. Как хорошо известно, альтернативно можно использовать систему верхнего привода.

В примере данного варианта осуществления, наземная система дополнительно включает в себя буровую текучую среду или буровой раствор (26), сохраняемый в мернике (27), выполненном на буровой площадке. Насос (29) подает буровую текучую среду (26) во внутренний объем бурильной колонны (12) через патрубок вертлюга (19), обуславливая прохождение буровой текучей среды вниз через бурильную колонну (12), в направлении, указанном стрелкой (8). Буровая текучая среда выходит из бурильной колонны (12) через отверстия в буровом долоте (105) и затем циркулирует вверх через кольцевое пространство между внешней поверхностью бурильной колонны и стенкой ствола скважины, в направлении, указанном стрелками (9). В таком общеизвестном способе буровая текучая среда смазывает буровое долото (105) и выносит выбуренную породу пласта на поверхность при возвращении в мерник (27) для повторной циркуляции.

Компоновка (100) низа бурильной колонны, показанного варианта осуществления, включает в себя модуль (120) каротажа во время бурения (LWD), модуль (130) измерений во время бурения, систему наведения роторного бурения и забойный двигатель и буровое долото (105).

Модуль (120) каротажа во время бурения (LWD) размещен в утяжеленной бурильной трубе специального типа, известном в технике, и может содержать один или несколько каротажных зондов известных типов. Должно быть понятно, что можно использовать несколько модулей каротажа во время бурения (LWD) и/или модулей измерений во время бурения (MWD), например, как представлено позицией (120A). (Везде ссылка на модуль (120) на позиции может альтернативно означать модуль (120A) на позиции). Модуль каротажа во время бурения (LWD) включает в себя возможность измерения, обработки и сохранения информации, а также осуществления связи с наземным оборудованием. В настоящем варианте осуществления модуль каротажа во время бурения (LWD) включает в себя устройство измерения давления.

Модуль (130) измерений во время бурения (MWD) размещен в утяжеленной бурильной трубе специального типа, известном в технике, и может содержать одно или несколько устройств для измерения характеристик бурильной колонны и бурового долота. Инструмент измерений во время бурения (MWD) дополнительно включает в себя устройство (не показано) генерирования электроэнергии для питания скважинной системы. Оно обычно может включать в себя забойный турбогенератор, приводимый в действие потоком буровой текучей среды, понятно, что можно использовать другие источники питания и/или аккумуляторные системы. В настоящем варианте осуществления, модуль измерений во время бурения (MWD) включает в себя одно или несколько измерительных устройств следующих типов: устройство измерения осевой нагрузки на долото, устройство измерения крутящего момента, устройство измерения вибрации, устройство измерения ударной нагрузки, устройство измерения прихвата и проскальзывания и устройство инклинометрии.

На Фигуре 2 более подробно показана работа текучей среды (26) в трубопроводе (200), таком как бурильная колонна (12) на Фигуре 1. Текучая среда (26) является чувствительной к полю текучей средой, включающей в себя магниточувствительные или электрочувствительные частицы (202), суспендированные в базовой текучей среде (204). В состав можно также включать добавку для улучшения суспендирования частиц и предотвращения агрегации. Для ясности изложения, магнитореологическая текучая среда будет описана ниже в данном документе. В отсутствие магнитного поля магнитореологическая текучая среда ведет себя аналогично ньютоновской текучей среде. Вместе с тем, в присутствии магнитного поля (206) частицы (202), суспендированные в базовой текучей среде (204), упорядочиваются и образуют цепочки, приблизительно параллельные магнитным силовым линиям, связанным с магнитным полем. При активировании магнитным полем таким способом, магнитореологическая текучая среда находится в полутвердом состоянии, демонстрируя увеличенное сопротивление сдвигу. В частности, сопротивление сдвигу увеличивается вследствие магнитного притяжения между частицами цепочек.

Как показано на Фигурах 2-11, удельная плотность магнитореологической текучей среды (26) уменьшается с использованием магниточувствительных частиц, отличающихся меньшей плотностью, чем известные беспустотные магниточувствительные частицы равного объема из однокомпонентного материала. В частности, уменьшение плотности можно получить посредством использования одной или нескольких композитных магниточувствительных частиц, магниточувствительных сформированных частиц и магнитонечувствительных частиц низкой плотности.

Варианты осуществления геометрии композитных частиц показаны на Фигурах 3-9. Как показано на Фигуре 3, композитная частица (300) может отличаться ядром (304) из материала низкой плотности (относительно части текучей среды (26), не относящейся к частицам, и материала частицы, имеющего более высокую плотность), окруженного оболочкой магниточувствительного материала (302) более высокой плотности (относительно части текучей среды (26), не относящейся к частицам, и материала частицы, имеющего более низкую плотность). Материалу более низкой плотности нет необходимости быть магниточувствительным, хотя он может быть таким, если имеется в наличии магниточувствительный материал подходящей плотности. Как показано на Фигуре 4, композитная частица (400) может отличаться магниточувствительным стержнем или пластиной (402), покрытой материалом (404) более низкой плотности (404). Данный вариант осуществления может также отличаться коэффициентом сжатия в одном или двух измерениях, составляющим больше единицы. Как показано на Фигуре 5, композитная частица (500) может отличаться ядром (502) из магниточувствительного материала, окруженным оболочкой (504) из материала низкой плотности. Как показано на Фигуре 6, композитная частица (600) может отличаться магниточувствительным материалом (602) с частичным покрытием из материала (604) низкой плотности, например, одной стороны. Как показано на Фигуре 7, композитная частица (700) может отличаться волокнами (702) из магниточувствительного материала в матрице (704) из материала низкой плотности. Например, материал низкой плотности можно использовать как связующее вещество для удерживания вместе совокупности магнитных стержней или пластин. Как показано на Фигуре 8, композитная частица (800) может отличаться, по меньшей мере, одним элементом (804) из материала низкой плотности, прикрепленным, по меньшей мере, к одному элементу (802) из магниточувствительного материала на наружной поверхности. В показанном примере, две магниточувствительные частицы прикреплены на противоположных сторонах частицы низкой плотности. Как показано на Фигуре 9, композитная частица (900) может отличаться полым ядром из материала (904) низкой плотности, окруженным оболочкой (902) из магниточувствительного материала. Другие варианты осуществления композитных частиц, например, в которых, по меньшей мере, один четко выраженный магниточувствительный элемент прикреплен, по меньшей мере, к одному четко выраженному элементу более низкой плотности, должен быть ясным при рассмотрении вышеупомянутых вариантов осуществления.

Варианты осуществления геометрии сформированных частиц показаны на Фигурах 10 и 11. Как показано на Фигуре 10, сформированная частица (1000) может отличаться пустотной оболочкой (1002) из магниточувствительного материала. Включение (1004) может быть пустотным, например, вакуумным, или заполненным текучей средой или газом. Альтернативно, включение может быть гидравлически связано с базовой текучей средой, чтобы она заполняла пустоту, имея, при этом, удельную плотность ниже, чем у твердой частицы. Как показано на Фигуре 11, сформированная частица (1000) может альтернативно отличаться пористым внутри магниточувствительным материалом (1102). Пористый материал имеет многочисленные включения (1104), которые могут представлять собой четко выраженные, например, закрытые ячейки, или гидравлически соединенные друг с другом. Каждое включение может быть пустым, или заполненным газом. Альтернативно, даже пористый материал, гидравлически связанный с окружающей средой так, чтобы включения заполнялись текучей средой основания, должен иметь удельную плотность ниже, чем у твердой частицы. Одним способом создания включений является создание композитной частицы, которую химически или и/или термически обрабатывают для удаления одной или нескольких фаз, например, парафина, который можно нагреть и слить из магнитной частицы. Другие варианты осуществления частицы, например, в которых, по меньшей мере, один четко выраженный магниточувствительный элемент имеет одно или несколько включений, должны быть ясными при рассмотрении вышеупомянутых вариантов осуществления.

Варианты осуществления магнитонечувствительных частиц низкой плотности могут иметь различные формы и размеры, включающие в себя, но без ограничения этим, описанные выше. Удельная плотность магнитореологической текучей среды может быть уменьшена смешиванием таких частиц низкой плостности с магниточувствительными частицами, например, частицы низкой плотности не должны способствовать образованию цепочек, но должны уменьшать удельную плотность текучей среды.

Как показано на Фигуре 12, частицы, описанные выше, как магниточувствительные, так магнитонечувствительные или те и другие, можно конструировать различных размеров и смешанными, например, различных размеров, типов, вариантов осуществления и их комбинаций. Например, чувствительные к полю частицы (1202), образующие цепочки, можно смешивать с не чувствительными к полю частицами (1204), не образующими цепочек. Другим примером смеси может являться:

размер частиц 100-300 мкм - 55% объемного содержания частиц;

размер частиц 20-30 мкм - 35% объемного содержания частиц; и

размер частиц 2-5 мкм - 10% объемного содержания частиц,

где частицы составляют 60% объемного содержания текучей среды. Одна или несколько групп размеров частиц могут быть магниточувствительными, тогда как другая группа или группы могут быть магнитонечувствительными, но выполнять функцию уменьшения плотности и/или увеличивать суспендируемость магниточувствительных частиц.

Материалы, которые можно использовать для магниточувствительных фаз магниточувствительных частиц включают в себя: железо (феррит), карбонильное железо, оксиды железа (FeO, Fe2O3, Fe3O4), никель, марганец, кобальт и их сплавы, обычно включающие в себя железо. Материалы, которые можно использовать для фазы более низкой плотности композитной частицы или магнитонечувствительных частиц, добавляемых для уменьшения плотности текучей среды включают в себя: полимеры, полиарилэфир кетоны (PEEK/ПЭЭК, PEK/полиарилэфиркетон, PEEKK, PEKK), PTFE/ПТФЭ, FEP Teflon®/фторированный этилен-пропилен Тефлон, полиимиды, полиамиды, полиамидимиды, полибензимидеазол (например выполнен из Celazole®), самоусиливающийся полифенилен, полифенилен сульфид, полисульфоны (фенилсульфон, (общепринятое название UDEL®), полиэстер/PES (общепринятое название RADEL®), PPSu/полифенилсульфон), TPI/термопластический полиимид (PEI/полиэтиленимин, PAI/полиамидимид, PBI/полибензимидазол), натуральный каучук, Buna-N (NBR/бутадиен-нитрильный каучук), гидрогенизированный нитрильный каучук (HSN/высоконасыщенный нитрил, HNBR/гидрированный бутадиен-нитрильный каучук), силиконовый каучук, фторсиликоновый каучук, полиуретан, Buna-S (SBR/бутадиен-стирольный каучук), EPDM/тройной этилен-пропиленовый сополимер, полиакрилатный каучук, фтороэластомеры, FKM/фтороэластомер (Viton®), FFKM (Kalrez®, Chemraz®), FEPM (Aflas®), Neoprene/неопрен, термополиуретан, этиленвинилацетат, бутилкаучук, сшитые, смешанные и/или армированные версии перечисленных полимеров, цемент, портландцемент, кальциево-алюминатный цемент, кальциево-сульфоалюминатный цемент, пористые материалы (например, пористые металлы, пористые керамические материалы), полые сферы, стекло (например 3M™ iM30K), Керамика (например, 3M™ керамические микросферы A-37), Cenosphere, Polymeric (например, расширенные микросферы, производства Lehmann & Voss & Co.®), волокна или пластинки, арамидные волокна, стекло, металлы, графит, кремний, оксид алюминия, синтетические органические полимеры (например, Dacron® Type 205NSO), композиты, наполнители, перлит, вспученный перлит, вермикулит, пемза, шлак, сланцы, глины, аспидные сланцы, лава и пена (может быть стабилизирована с поверхностно активными веществами, например, воздухом, азотом). Фазы материала, как магниточувствительная, так и магнитонечувствительная, могут состоять из непрерывной фазы или агрегации многочисленных более мелких частиц для образования необходимой геометрической формы. Специалистам в области техники должно быть ясно, что электрореологические (ER) текучие среды работают аналогично магнитореологическим текучим средам, хотя в случае электрореологических (ER) текучих сред реологию текучей среды модифицируют с использованием электрических полей. Поэтому должно быть понятно, что изобретение продолжается к электрореологическим (ER) текучим средам с частицами, чувствительными к электрических полям, а не магнитным полям.

Как показано на Фигурах 13-15, модифицированную магнитореологическую текучую среду (26) можно использовать в случаях, где необходимо или желательно уменьшение ползучести текучей среды, например, в статическом или динамическом уплотнении. На Фигуре 13 показано уплотнение вала в магнитореологической текучей среде. Магнитное поле (1300), созданное между сегментами структуры кожуха (1302) обуславливает образование текучей средой (26) полутвердого уплотнения (1303) в зазорах между корпусом (1302) и валом (1304). Данное уплотнение (1303) функционирует независимо от того вращается вал, или нет, и также демонстрирует сопротивление сдвигу, которое может противодействовать перепаду давления, например, внутри корпуса по отношению к давлению снаружи корпуса. Вместе с тем, перепад давления стремится создать ползучесть (203) текучей среды через пространства между магниточувствительными частицами (смотри Фигуру 14). Как показано на Фигуре 15, модификация для уменьшения ползучести текучей среды включает в себя многофазную базовую текучую среду (1500). Многофазная базовая текучая среда является смесью двух или более веществ (фаз) (1502, 1504). По меньшей мере, два из данных веществ являются несмешивающимися, например, водонефтяной эмульсией, пеной. Поверхностное натяжение (1506) между границами несмешивающихся веществ, связанными с цепочками магниточувствительных частиц, стремится остановить или замедлить ползучесть. В частности, различные фазы текучей среды разделяются после активирования текучей среды в присутствии магнитного поля. Разделение имеет тенденцию возникать между примыкающими цепочками/стенками магниточувствительных частиц, с возникновением, в результате, эффекта расслоения. Комбинация относительно небольших промежутков между частицами в стенке/цепочке с поверхностным натяжением на границах текучей среды замедляет или останавливает ползучесть. Использование частиц взаимно сцепляющихся форм и смесей частиц различных размеров, как уже описано выше, может приводить к уменьшению размера промежутков между частицами и, таким образом, увеличивать сопротивление ползучести. Поверхностный химический состав магнитореологических частиц можно запроектировать таким, чтобы частицы служили стабилизаторами на поверхности раздела. Данные поверхностно-модифицированные частицы могут самоагрегироваться на поверхности раздела текучей среды с текучей средой для уменьшения натяжения на поверхности раздела. Методики синтезирования коллоидосомов описаны в материалах авторов A.D. Dinsmore, Ming F. Hsu, M.G. Nikolaides, Manuel Marquez, A.R. Bausch, D.A. Weitz Colloidosomes: Selectively Permeable Capsules Composed of Colloidal Particles/Коллоидосомы: Избирательно проницаемые частицы, составленные из коллоидных частиц, Science 298, 1006 (2002); Paul F. Noble, Olivier J. Cayre, Rossitza G. Alargova, Orlin D. Velev, и Vesselin N. Paunov, Fabrication of "Hairy" Colloidosomes with Shells of Polymeric Microrods/Изготовление «волосатых» коллоидосомов с оболочкой из полимерных микростержней, Journal of the American Chemical Society 126, 8092 (2004), включенных в заявку в виде ссылки. Понизители водоотдачи, обычно использующиеся для контроля потерь текучей среды в проницаемые пласты в буровых текучих средах, цементах, текучих средах интенсификации притока и текучих средах заканчивания, их можно также использовать для достижения одинаковых или аналогичных результатов.

Как указано выше, электрореологические (ER) текучие среды являются аналогичными магнитореологическим текучим средам, и концепцию изобретения можно продолжить на электрореологические (ER) текучие среды.

Хотя изобретение описано для приведенных выше вариантов осуществления, являющихся примерами, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что модификации и изменения показанных вариантов осуществления можно выполнить без отхода от идей изобретения, раскрытых в данном документе. Более того, хотя предпочтительные варианты осуществления описаны применительно к различным иллюстративным структурам, специалисты в области техники должны понимать, что систему можно осуществить с использованием различных специфических структур. Соответственно, изобретение не следует воспринимать ограниченным чем-либо, кроме объема и сущности прилагаемой формулы изобретения.

1. Устройство, вызывающее переход текучей среды в полутвердое состояние в присутствии энергетического поля, причем энергетическое поле представляет собой магнитное поле, содержащее:
не чувствительные к полю частицы;
множество частиц, чувствительных к энергетическому полю, которые образуют цепочки, реагируя на энергетическое поле, причем частицы выбраны из группы, включающей в себя:
частицы, в которых, по меньшей мере, один чувствительный к полю элемент с первой плотностью прикреплен, по меньшей мере, к одному элементу со второй плотностью, которая ниже первой плотности;
сформированные частицы, в которых, по меньшей мере, один элемент, реагирующий на поле, имеет одно или несколько пустотных включений;
и их комбинации.

2. Устройство по п.1, в котором текучая среда представляет собой многофазную базовую текучую среду.

3. Устройство по п.2, в котором многофазная базовая текучая среда содержит смесь, по меньшей мере, двух несмешивающихся веществ.

4. Устройство по п.1, включающее в себя частицу, характеризуемую ядром из материала со второй плотностью, окруженным оболочкой из чувствительного к полю материала с первой плотностью.

5. Устройство по п.1, включающее в себя частицу, характеризуемую чувствительным к полю стержнем или пластиной с покрытием из материала со второй плотностью.

6. Устройство по п.1, включающее в себя частицу, характеризуемую ядром из чувствительного к полю материала, окруженного оболочкой из материала со второй плотностью.

7. Устройство по п.1, включающее в себя частицу, характеризуемую чувствительным к полю материалом с частичным покрытием из материала со второй плотностью.

8. Устройство по п.1, включающее в себя частицу, характеризуемую чувствительным к полю материалом волокон и матрицей из материала со второй плотностью.

9. Устройство по п.1, включающее в себя частицу, характеризуемую, по меньшей мере, одним элементом из материала со второй плотностью, прикрепленным, по меньшей мере, к одному элементу из чувствительного к полю материала на наружной поверхности.

10. Устройство по п.1, включающее в себя частицу, характеризуемую полым ядром из материала со второй плотностью, окруженным оболочкой из чувствительного к полю материала.

11. Устройство по п.1, включающее в себя сформированную частицу, характеризуемую полой оболочкой из чувствительного к полю материала.

12. Устройство по п.1, включающее в себя сформированную частицу, характеризуемую пористым, чувствительным к полю материалом.

13. Устройство по п.12, в котором включения в частицу являются гидравлически изолированными от текучей среды.

14. Устройство по п.1, включающее в себя смесь частиц различной формы.

15. Устройство по п.1, включающее в себя смесь частиц различного размера.

16. Устройство по п.1, дополнительно включающее в себя понизитель водоотдачи.

17. Способ, обеспечивающий переход текучей среды в полутвердое состояние в емкости в присутствии энергетического поля, причем энергетическое поле представляет собой магнитное поле, содержащий:
ввод нечувствительных к полю частиц;
ввод множества частиц, чувствительных к энергетическому полю, которые образуют цепочки, реагируя на энергетическое поле, причем частицы выбраны из группы, включающей в себя:
частицы, в которых, по меньшей мере, один чувствительный к полю элемент с первой плотностью прикреплен, по меньшей мере, к одному элементу со второй плотностью, которая ниже первой плотности;
сформированные частицы, в которых, по меньшей мере, один элемент, реагирующий на поле, имеет одно или несколько пустотных включений;
и их комбинации;
создание энергетического поля вблизи частиц.

18. Способ по п.17, в котором текучая среда представляет собой многофазную базовую текучую среду.

19. Способ по п.18, в котором многофазная базовая текучая среда содержит смесь, по меньшей мере, двух несмешивающихся веществ.

20. Способ по п.17, включающий в себя ввод частицы, характеризуемой ядром из материала со второй плотностью, окруженного оболочкой из чувствительного к полю материала со второй плотностью.

21. Способ по п.17, включающий в себя ввод частицы, характеризуемой чувствительным к полю стержнем или пластиной с покрытием из материала со второй плотностью.

22. Способ по п.18, включающий в себя ввод частицы, характеризуемой чувствительным к полю материалом ядра, окруженным оболочкой из материала со второй плотностью.

23. Способ по п.17, включающий в себя ввод частицы, характеризуемой чувствительным к полю материалом, с частичным покрытием из материала со второй плотностью.

24. Способ по п.17, включающий в себя ввод частицы, характеризуемой чувствительным к полю материалом волокон в матрице из материала со второй плотностью.

25. Способ по п.17, включающий в себя ввод частицы, характеризуемой, по меньшей мере, одним элементом из материала со второй плотностью, прикрепленным, по меньшей мере, к одному элементу из чувствительного к полю материала на наружной поверхности.

26. Способ по п.17, включающий в себя ввод частицы, характеризуемой полым ядром из материала со второй плотностью, окруженного оболочкой из чувствительного к полю материала.

27. Способ по п.17, включающий в себя ввод сформированной частицы, характеризуемой полой оболочкой из чувствительного к полю материала.

28. Способ по п.17, включающий в себя ввод сформированной частицы, характеризуемой пористым чувствительным к полю материалом.

29. Способ по п.28, включающий в себя ввод сформированной частицы, характеризуемой включениями, гидравлически изолированными от текучей среды.

30. Способ по п.17, включающий в себя ввод смеси частиц различной формы.

31. Способ по п.17, включающий в себя ввод смеси частиц различного размера.

32. Способ по п.17, дополнительно включающий в себя ввод понизителя водоотдачи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению резиновых смесей на основе фторкаучука, используемых для изготовления магнитных эластомеров, работающих в агрессивной среде, и может быть использовано в автомобильной промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к полупроводниковым ферримагнитным материалам. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии производства постоянных магнитов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам изготовления проволоки из высокопрочных, магнитомягких аморфных сплавов на основе системы железо-кобальт-никель.

Изобретение относится к области создания новых структурированных нанокомпозитных материалов и может быть использовано, в частности, для получения магнитных жидкостей, изготовления электромагнитных экранов, в качестве контрастирующих препаратов в магниторезонансной томографии.
Изобретение относится к коллоидной химии и может быть использовано для получения высокотемпературных, с различной вязкостью, высоковакуумных ферромагнитных жидкостей с высокой намагниченностью.
Изобретение относится к получению высококоэрцитивных металлополимерных композиций для изготовления композитов. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению постоянных магнитов из порошковых материалов. .
Изобретение относится к рабочим жидкостям для гидросистем, в т.ч. .
Изобретение относится к составам масел, используемых в подшипниках жидкостного трения (ПЖТ) и редукторов прокатных станов, а также для смазки тяжелонагруженных передач.
Изобретение относится к области гидравлических масел, применяемых в качестве рабочих (амортизаторных) жидкостей в телескопических и рычажно-кулачковых амортизаторах автомобилей и других видов техники, эксплуатируемой в различных климатических условиях.
Изобретение относится к рабочим жидкостям для гидросистем, в т.ч. .

Изобретение относится к области рабочих жидкостей для гидравлических систем авиационной техники с диапазоном рабочих температур жидкости в гидравлической системе от минус 60 до +175°С.

Изобретение относится к композиции трансформаторного масла, содержащей (А) деасфальтизированное цилиндровое масло (DACO) с содержанием бензо[а]пирена в количестве не более 1 мг/кг и суммарным содержанием бенз[а]антрацена, хризена, бензо[b]флюорантена, бензо[j]флюорантена, бензо[k]флюорантена, бензо[е]пирена, бензо[а]пирена и бензо[а,h] антрацена не более 10 мг/кг, в количестве от 0,05 до 5 вес.% от общего веса композиции трансформаторного масла; и (В) одно или более базовых масел, каждое из которых имеет вязкость не более 4,0 мм2/сек при 100°С, в суммарном количестве по меньшей мере 80 вес.% от общего веса композиции трансформаторного масла
Наверх