(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダウンホールに装置を配備する方法であって、
デバイスをダウンホール内の所定の場所に位置決めする行程であって、該デバイスが膨張性黒鉛及び結合剤を含有する組成物（３）を含み、及び該組成物（３）が第１の形状を有する行程と、
前記ダウンホール内の前記デバイスの近傍にマイクロ波発生源を配設する行程と、
前記マイクロ波発生源から前記組成物（３）を加熱及び膨張させるようにマイクロ波エネルギーを発生することにより、前記組成物（３）に該第１の形状とは異なる第２の形状を得させるように前記組成物（３）をマイクロ波エネルギーに露出させる行程と、を含む方法。
【請求項２】
前記デバイスが環形状を有し、
前記露出させる工程において、前記デバイスが試錐孔内の所望の環状部分を充填する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記デバイスがチュービングであり、
前記露出させる行程において、前記チュービングが前記抗井を隔離するか仕上げるように膨張する、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記マイクロ波発生源を配設する行程が、前記チュービング内に前記マイクロ波発生源を配設する行程を更に含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載される方法に用いられる組成物（３）であって、
膨張性黒鉛（７）と、
結合剤と、
Ａｌ及びＮｉの混合物及びテルミットから選ばれる１種以上を含む活性化材料（６）と、
を含む組成物（３）。
【請求項６】
前記膨張性黒鉛（７）が、前記組成物（３）の合計重量を基準にして２０重量％から９５重量％の量で存在する、請求項５記載の組成物（３）。
【請求項７】
前記膨張性黒鉛（７）が、前記組成物（３）の合計重量を基準にして２０重量％から８０重量％の量で存在する、請求項６記載の組成物（３）。
【請求項８】
前記膨張性黒鉛（７）が、前記組成物（３）の合計重量を基準にして５０重量％から８０重量％の量で存在する、請求項７記載の組成物（３）。
【請求項９】
前記活性化材料（６）が前記組成物（３）の合計重量を基準にして０．５重量％から２０重量％の量で存在する、請求項５から８のいずれか１項に記載の組成物（３）。
【請求項１０】
前記テルミットが、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、亜鉛、シリコン、及びホウ素から選ばれる１種以上を含む還元剤と、酸化ホウ素、酸化シリコン、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化銅、及び酸化鉛から選ばれる１種以上を含む酸化剤とを含む、請求項５から９のいずれか１項に記載の組成物（３）。
【請求項１１】
前記結合剤が、前記組成物（３）の合計重量を基準にして５重量％から７５重量％の量で存在する、請求項５から１０のいずれか１記載の組成物（３）。
【請求項１２】
前記結合剤が、前記組成物（３）の合計重量を基準にして２０重量％から５０重量％の量で存在する、請求項１１記載の組成物（３）。
【請求項１３】
前記結合剤が、ＳｉＯ２、Ｓｉ、Ｂ、Ｂ２Ｏ３、金属、及び該金属の合金から選ばれる１種以上であり、
前記金属が、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、タングステン、クロム、鉄、マンガン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオビウム、モリブデン、スズ、ビスマス、アンチモン、鉛、カドミウム、及びセレンから選ばれる１種以上である、請求項５から１２のいずれか１項記載の組成物（３）。
【請求項１４】
前記結合剤が０．０５から１０ミクロンのサイズを有する、請求項５から１３のいずれか１項記載の組成物（３）。
【請求項１５】
前記組成物（３）がさらに充填剤を備え、該充填剤が、炭素、カーボンブラック、雲母、粘土、ガラス繊維、及びセラミック材料から選ばれる１種以上である、請求項５から１４のいずれか１項記載の組成物（３）。
【請求項１６】
前記充填剤が、前記組成物（３）の合計重量を基準にして０．５重量％から１０重量％の量で存在する、請求項１５記載の組成物（３）。
【請求項１７】
前記充填剤が、前記組成物（３）の合計重量を基準にして１重量％から８重量％の量で存在する、請求項１６記載の組成物（３）。
【請求項１８】
請求項５から１７のいずれか１項に記載の組成物（３）を含むデバイス。
【請求項１９】
前記デバイスが前記組成物（３）の外面に配設され且つ前記組成物（３）を少なくとも部分的に取り囲むファイバーネット（４）を更に含む、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記デバイスが、シール、高圧力ビーズ・フラク・スクリーンプラグ、スクリーン・ベースパイプ・プラグ、ボール及びシート用コーティング、ガスケット、圧縮パッキン部品、膨張性パッキン部品、Ｏ−リング、ボンデッド・シール、ブレット・シール、サブサーフェス・セーフティ・バルブシール、サブサーフェス・セーフティ・バルブ・フラッパー・シール、ダイナミックシール、Ｖ−リング、バックアップ・リング、ドリルビットシール、ライナーポートプラグ、大気ディスク、大気室ディスク、デブリ・バリアー、ドリルイン・スチム・ライナー・プラグ、流入量制御装置プラグ、フラッパー、シート、ボールシート、ダイレクト・コネクト・ディスク、ドリルイン・リニア・ディスク、ガスリフト・バルブ・プラグ、流体損失制御フラッパー、電動潜水ポンプ・シール、シヤーアウト・プラグ、フラッパーバルブ、ガスリフト・バルブ、若しくはスリーブである、請求項１８又は１９記載のデバイス。
【請求項２１】
前記デバイスが、シール、パッカー、流体制御デバイス、又はチュービングである請求項１８又は１９記載のデバイス。
【請求項２２】
請求項１８から２１のいずれか１項に記載のデバイスの製造方法であって、膨張性黒鉛（７）と、結合剤と、活性化材料（６）と、を調合する行程であって、前記活性化材料（６）が、混合物を形成するためのＡｌ及びＮｉの混合物及びテルミットから選ばれる１種以上で構成される行程と、
１００°Ｆ未満の温度において該混合物を圧縮成型する行程と、
を含むデバイスの製造方法。
【請求項２３】
ファイバーネット（４）を、圧縮成型することから形成される生成物の表面上に配設する行程をさらに含む請求項２２記載のデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は２０１４年９月３０日に出願された米国特許出願第１４／５０１，８８９号の利益を請求するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、膨張性黒鉛を含有する組成物に関し、より詳しくは、組成物を含むデバイスを配備する方法に関する。
【０００３】
エラストマーは、 粗い或いは不完全さを含める表面を密封するための能力がある理由で、ダウンホール用途におけるシーリング材料として一般に使用されている。かかるシールに対する用途は、炭化水素回収及び二酸化炭素封鎖業界に見られるような地層形成試錐孔において採用されるチュブラーシステムを含む。しかしながら、エラストマーは高温度・高圧力及び腐食性環境において劣化する可能性がある。したがって、該業界は、環状空間の充填、ゾーンの切り離し、及びシールの提供などの様々な機能を発揮するために改良された材料、装置、及び坑井に同材料、装置を配備する方法に対して常に受容力を持っている。
【発明の概要】
【０００４】
発明が解決しようとする手段
装置を配備する方法が本明細書において開示されている。該方法は、デバイスを所定の場所に位置決めすることであって、該デバイスが膨張性黒鉛と、結合剤とを含有する組成物を含み、及び該組成物が第１の形状を有する、ことと、前記組成物に該第１の形状とは異なる第２の形状を得るようにさせるために前記組成物をマイクロ波エネルギーに被曝させることと、を含む。
【０００５】
別の態様において、膨張性黒鉛と、テルミット、Ａｌ及びＮｉの混合物、又は少なくとも前述したものの１つで構成される結合体を含む活性化材料と、を含む組成物が提供される。
【０００６】
膨張性黒鉛；結合剤：及びテルミット、Ａｌ及びＮｉの混合物、又は少なくとも前述したものの１つで構成される結合体を含む活性化材料を含有する組成物を含むデバイスがまた開示されている。
【０００７】
デバイスを調製する方法であって、膨張性黒鉛；結合剤；及びテルミット、Ａｌ及びＮｉの混合物、又は混合物を形成するために、少なくとも前述したものの１つで構成される結合体を含む活性化材料を調合することと、前記混合物を１００°Ｆ未満の温度において圧縮成型することと、を含む、方法。
【０００８】
別の態様において、装置を配備する方法であって、デバイスを所定の場所に位置決めすることであって、該デバイスが膨張性黒鉛；結合剤；及び、Ａｌ及びＮｉの混合物及びテルミットを含む活性化材料を含む装置、又は少なくとも前述したものの１つで構成される結合体を含む活性化材料を含有する組成物を含み、及び該組成物が第１の形状を有する、ことと、前記組成物に該第１の形状とは異なる第２の形状を得るようにさせるために前記組成物を選択された形態のエネルギーに被曝させることと、を含む方法。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
次の説明はとにかく制限するものとして考えられるべきではない。添付図面を参照して、同様の要素は同様に参照番号が付けられる。
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、ケーシング、プロダクション・チューブ、及びダウンホール要素の縦断面を示し、該ダウンホール要素がプロダクション・チューブの外径に対して据え置かれる。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ケーシング、プロダクション・チューブ、及びダウンホール要素の縦断面を示し、該ダウンホール要素がケーシングとプロダクション・チューブとの間の坑井のアニュラスにマイクロ波原位置活性化を介しシールを形成する。
【図２】図２は、膨張性黒鉛及び活性化材料を含む組成物の例示的実施形態の略図である。
【図３】図３は、膨張性黒鉛及び活性化材料を含む組成物の別の例示的 実施形態の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
黒鉛は六角形アレイのレイヤ−、又は炭素原子のネットワークで構成され、これらの層は弱いファンデルワールス力のみによって共に保持される。膨張性黒鉛、すなわち黒鉛の合成された層間挿入配合物は、加熱するに際し容積で数百倍膨張することができる。膨張黒鉛は高い熱安定性・化学的安定性、柔軟性、圧縮性、及びなじみ性を有し且つ様々な用途のために有望な代替シーリング又はパッキング材料である。
【００１２】
しかしながら、初めに膨張黒鉛を形成して、次いで異なる時間及び／又は場所において膨張黒鉛を配備するというのではなく、発明者はある特定の状況の下で、膨張性黒鉛を配備し、そして使用時にそれを膨張させるのが有利であり得ることを見いだした。膨張性黒鉛の原位置活性化は、例えば、ダウンホール状態において挑戦的になり得る。なぜならば高温度加熱源が膨張性黒鉛を活性化させる（膨張させる）ために一般に要求され、運用コストを増大させ且つ熱損傷を他のダウンホールツールに生じさせるからである。
【００１３】
本明細書の発明者は、膨張性黒鉛が２つの活性化手段、すなわち、マイクロ波エネルギー及びいかなる有害な熱源を導入せずに誘導された化学作用を介して活性化できることを見いだした。マイクロ波方式においては、マイクロ波発生源は、膨張性黒鉛のみに集中された強力なマイクロ波エネルギーを発生して、膨張性黒鉛を膨張させるため、よって望ましいシーリング又はパッキング機能を発揮する。
【００１４】
誘導された化学作用方式において、活性化材料は複合体を形成する膨張性黒鉛と混合される。活性化材料が電流、電磁放射線、又は熱（誘導された）にさらされる際に、強力な発熱反応が起こり且つ大量の局部化された熱を１秒の何分の１かで発生する。該発生され熱は十分な熱衝撃を提供して膨張性黒鉛を膨張させる。熱が複合体において局部的に発生され且つ膨張性黒鉛によって急速に吸収されるために、ツールの他の部分へのいかなる有害な影響も著しく最小化されるか又は回避される。
【００１５】
本明細書に開示された膨張性黒鉛の原位置活性化の利点としては、急速なセットアップ、低いコスト、高い 安全性、及び改良された信頼性が挙げられる。また、膨張性黒鉛を含有する組成物は、それらの活性化原位置に続いて望ましい弾性係数を示し、これによって坑井内の空間のシーリングの所望の気密性を可能にさせ、この空間はオープン坑井又はケーシングされた坑井内に存在し得る。一態様において、かかる方法は、坑井の形状又は構造における異常に関係なく、注目に値するエッジボイド無しで坑井内の望ましいタイト「フィット」又は「シール」を依然確保しながら、掘削リグオペレータに対して、かかる材料を使用して作製されたデバイスの最適化された位置決めのために十分な時間及び機会を提供し得る。膨張性黒鉛含有組成物の活性化が制御されることができるためには、かかる材料で構成された装置がダウンホール場所に位置決めされた後に、かかる材料が配備されるか又は活性化されてよく、したがって坑井内に装置の設置中にかかる装置の配備をさせないようにする。
【００１６】
一実施形態において、装置を配備する方法が、デバイスを所定の場所に位置決めすることであって、該デバイスが膨張性黒鉛及び結合剤を含有する組成物を含み、及び該組成物が第１の形状を有する、ことと、前記組成物に第１の形状とは異なる第２の形状を得るようにさせるために前記組成物をマイクロ波エネルギーに被曝させることと、を含む。該方法が、前記坑井内に前記装置を配備することによって坑井を隔離すること又は仕上げることを更に含むことができる。本明細書において使用されるとき、デバイスは装置と同じとすることができる若しくはデバイスは装置の一部とすることができる。
【００１７】
本明細書において使用されるとき、膨張性黒鉛は黒鉛の層の間に挿入された層間挿入材料を有する黒鉛を指す。黒鉛は天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛、その他を含む。多種多様な化学薬品は、黒鉛材料を層間挿入するために使用されてきた。これらは、酸、オキシダント、ハロゲン化合物などを含む。例示的層間挿入材料としては、硫酸、硝酸、クロム酸、ホウ酸、ＳＯ３、若しくはＦｅＣｌ３、ＺｎＣｌ２、及びＳｂＣｌ５などのハロゲン化合物が挙げられる。加熱するに際し、該層間挿入材料は液体又は固体状態から気相へ変換される。ガス形成（ｇａｓ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）は圧力を発生させ、その圧力が隣接炭素層を離れる方向へ押圧し、結果的に黒鉛を膨張させる。
【００１８】
例示的結合剤としては、非金属、 金属、合金、若しくは少なくとも前述したものの１種で構成される結合体が挙げられる。該非金属はＳｉＯ２、Ｓｉ、Ｂ、Ｂ２Ｏ３、及びそれらの組み合わせから成る群から選ばれる。該金属はアルムニウム、銅、チタン、ニッケル、タングステン、クロム、鉄、マンガン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオビウム、モリブデン、スズ、ビスマス、アンチモン、鉛、カドミウム、セレン、若しくは少なくとも前述したものの１種で構成される結合体とすることができる。該合金としては、アルムニウム合金、銅合金、チタン合金、ニッケル合金、タングステン合金、クロム合金、鉄合金、マンガン合金、ジルコニウム合金、ハフニウム合金、バナジウム合金、ニオビウム合金、モリブデン合金、スズ合金、ビスマス合金、アンチモン合金、鉛合金、カドミウム合金、及びセレン合金が挙げられる。一実施形態において、該結合剤としては、銅、ニッケル、クロム、鉄、チタン、銅の合金、ニッケルの合金、クロムの合金、鉄の合金、チタンの合金、若しくは結合体少なくとも前述したものの１種の金属又は金属合金を含んだ結合体が含まれる。例示的合金としては、鋼、Ｉｎｃｏｎｅｌ*などのニッケル−クロム系合金、及びモネル合金などのニッケル−銅系合金が挙げられる。ニッケル−クロム系合金は、約４０〜７５％のＮｉ、約１０〜３５％のＣｒを含有することができる。該ニッケル−クロム系合金はまた、約１〜約１５％の鉄を含有することができる。少量のＭｏ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、若しくは少なくとも前述したものの１種で構成される結合体もまた前記ニッケル−クロム系合金に含まれることができる。ニッケル−銅系合金は基本的にはニッケル（約６７％まで）及び銅から構成される。該ニッケル−銅系合金はまた、少量の鉄、マンガン、炭素、及びシリコンを含有することができる。これらの材料は、粒子、繊維、及びワイヤなどの異なる形状にすることができる。該材料の結合体を使用することができる。
【００１９】
結合剤はミクロ又はナノサイズとする。一実施形態において、結合剤は約０．０５〜約１０ミクロン、具体的には約０．５〜約５ミクロン、より具体的には約０．１〜約３ミクロンの平均粒径を有する。理論によって縛られることを望まずに、結合剤がこれらの範囲内に粒径を有するとき、それは膨張性黒鉛粒子間に一様に分散することが確信されている。
【００２０】
膨張性黒鉛は、組成物の合計重量を基準にして約２０重量％〜約９５重量％、約２０重量％〜約８０重量％、又は約５０重量％〜約８０重量％の量で存在する。結合剤は、組成物の合計重量を基準にして５重量％〜７５重量％又は２０重量％〜５０重量％の量で存在する。有利なことには、結合剤はマイクロ波エネルギーに被曝したときに溶融するか又は軟化し且つ結果得られた物品の構造的完全性を更に改良するために冷却と同時に膨張黒鉛を共に結合する。この結合機構は機械的インターロッキング、化学結合、又はそれらの組み合わせを含む。
【００２１】
組成物は炭素、カーボンブラック、雲母、粘土、ガラス繊維、若しくはセラミック材料などの充填剤を更に含むことができる。例示的炭素としては、非結晶炭素、天然黒鉛、及び炭素繊維が挙げられる。例示的セラミック材料としては、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＢＮ、などが挙げられる。これらの材料は粒子、繊維、及びワイヤなどの異なる形状にすることができる。これらの材料の結合体を使用することができる。該充填剤は、組成物の合計重量を基準にして約０．５〜約１０重量％又は約１〜約８％の量で存在することができる。
【００２２】
膨張性黒鉛含有組成物に加えて、デバイスはファイバーネットを更に含む。該ファイバーネットは、膨張性黒鉛を拘束し且つセットアップした後の押出しを防止する。該ファイバーネットは柔軟性があり且つ高圧力、高温度、及びサワー環境を切り抜ける織り材料又は編み材料によって形成されことができる。例示的ファイバーネット材料としては、炭素繊維、金属ワイヤ、アスベスト 繊維、膨張性黒鉛繊維が挙げられる。金属ワイヤとしては、鉄系ワイヤ、ステンレス鋼ワイヤ、銅ワイヤと銅−ニッケル合金、銅−ニッケル−亜鉛合金（ニッケルシルバー）、真鍮、又はベリリウム銅で作製されるワイヤ部材などを含める。ファイバーネットのメッシュサイズは、サービス中にすべての材料を内部に閉じ込めるのに十分なほど小さい。一実施形態において、ネットは４〜１４０、具体的には１０〜４０のメッシュサイズを有する。ファイバーネットは、容器の形状を取ることができる、膨張性黒鉛含有組成物の外面に配設され且つ膨張性黒鉛含有組成物を少なくとも部分的に取り囲む。
【００２３】
膨張性黒鉛は、マイクロ波エネルギーの付与により活性化されることができる。該マイクロ波エネルギーは約１ｍｍ〜約１メートルの波長を有する。膨張は急激に起こる。例えば、膨張性黒鉛をマイクロ波エネルギーにさらされるように、例えば、元の容積の多数倍膨張させるために沸点を通り越して層間挿入材料を約３〜５分内で加熱すること。マイクロ波エネルギーを使用することの１つの利点は、それが高い加熱速度を生じさせることができることである。いったんマイクロ波照射が発生されると、数分以内に高温度に到達することができ且つ膨張がほとんど瞬間的に開始することができる。いったん黒鉛が膨張するとマイクロ波照射をオフに切り換えることができる。加えて、マイクロ波照射は黒鉛含有組成物だけに集中させることができ、したがってマイクロ波照射によって発生される高温度に起因するツールの劣化の恐れを最小限に抑えられる。
【００２４】
一実施形態において、マイクロ波エネルギーが膨張性黒鉛組成物の近傍に配設されたマイクロ波発生源を通じて発生される。該マイクロ波発生源は、マイクロ波エネルギーのレベルを変えるように操作されることができる。あるいは、マイクロ波エネルギーは別の場所において発生され、且つ一連の導波管を介して該膨張性黒鉛組成物へ向けて誘導される。例えば、マイクロ波エネルギーを地層の表面上で発生させることができ且つ膨張性黒鉛組成物へ向けて地下を誘導させることができる。
【００２５】
坑井に装置を配備する例示的方法が図１Ａ及び１Ｂに示される。図１Ａに示されるよう、膨張性黒鉛を含有する組成物３はプロダクション・チューブ２の外径に対して据え置かれる。ファイバーネット４は組成物３の上に重ね合わされる。マイクロ波発生器５は組成物３付近のチュービング内に位置決めされる。該マイクロ波発生器５は組成物３へ向けられるマイクロ波エネルギーを発生して組成物３内の膨張性黒鉛を膨張させ、その結果チューブ２の外径とケーシング１との間の空間を充填する。
【００２６】
有利なことには、特に膨張性黒鉛含有組成物が据え置かれている箇所に相当する、チューブの材料は、著しい量のマイクロ波エネルギーを吸収又は反射しないでマイクロ波が通過することを許容するように選択される。一実施形態において、発生したマイクロ波エネルギーの約７０％超、約８０％超、約９０％超、若しくは約９５％超が膨張性黒鉛含有組成物に到達する。かかる材料としては、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの高靭性セラミック、とともに繊維向上セラミック複合体のようなセラミック材料を基材とした複合材料が含まれる。
【００２７】
別の実施形態において、装置を配備する方法は、デバイスを所定の場所に位置決めすることであって、該デバイスが膨張性黒鉛、結合剤、及びテルミット、Ａｌ及びＮｉの混合物、又は少なくとも前述したものの１種で構成される結合体等を含む活性化材料を含有する組成物を含み、及び該組成物が第１の形状を有する、ことと、前記組成物に第１の形状とは異なる第２の形状を得るようにさせるために前記組成物を選択された形態のエネルギーに被曝させることと、を含む。該方法は坑井を、該坑井内の前記装置を配備することによって隔離すること又は仕上げることを更に含むことができる。
【００２８】
テルミット及びテルミット様組成物は、活性化材料として使用可能である。テルミット組成物は、例えば、金属粉末（還元剤）と、テルミット反応として知られている発熱性酸化−還元反応を起こす金属酸化物（酸化剤）とを含む。還元剤の選択としては、例えば、アルムニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、亜鉛、シリコン、ホウ素、及び少なくとも前述したものの１種で構成される結合体が挙げられる。一方、酸化剤の選択としては、例えば、ホウ素酸化物、シリコン酸化物、クロム酸化物、マンガン酸化物、鉄酸化物、酸化銅、鉛酸化物及び少なくとも前述したものの１種で構成される結合体等が含まれる。テルミット様組成物はアルムニウム及びニッケルの混合物を含む。
【００２９】
テルミット及びテルミット様組成物の使用は、組成物が坑井温度において安定しているが活性化に続いて極端に強力であるが非爆発性発熱反応を起こすので有利である。該活性化は、活性化材料を含む黒鉛含有組成物を選択された形態のエネルギーに被曝させることによって達成されることができる。該選択された形態のエネルギーとしては、電流；赤外線照射、紫外線照射、γ線照射、及びマイクロ波放射線を含む電磁放射線；若しくは熱が挙げられる。発生されるエネルギーは膨張性黒鉛によって吸収され且つ膨張性黒鉛を含有するデバイスを膨張させる。一方では、エネルギーは局部化されるので、装置の他の部分に対するいかなる潜在的な劣化が最小限に抑えられる。
【００３０】
活性化材料は粉末、粒子、ペレット若しくは膨張性黒鉛マトリックス内に分散される同様のものとすることができる。あるいは、活性化材料は膨張性黒鉛内に分散される箔の形態で存在する。組成物の例示的実施形態は、図２及び図３に示される。図２及び図３に示している数字のように、活性化材料６は膨張性黒鉛マトリックス７内に均等に分散されることができる。
【００３１】
活性化材料の量は、特に制限されていなく、また一般的に活性化材料が、選択された形態のエネルギーにさらされる際に膨張性黒鉛を膨張させるのに必要なだけのエネルギーを発生するのに十分な量である。一実施形態において、活性化材料は組成物の合計重量を基準にして約０.５重量％〜約２０重量％の量で存在する。
【００３２】
組成物はまた、マイクロ波エネルギーによって活性化されることができる組成物の本明細書のコンテキストに書き表している結合剤及び／又は充填剤を含むことができる。
【００３３】
膨張性黒鉛を含む組成物は、多種多様な用途に使用する物品（デバイス又は要素）を作製するのに使用されることができる。本明細書において使用されるとき、膨張性黒鉛含有組成物は、マイクロ波エネルギーによって活性化されることができる組成物及びテルミット又はテルミット様活性化材料によって活性化されることができる組成物の両方を含む。膨張性黒鉛含有組成物に加えて、物品は本明細書に開示されている組成物の外面に配設され且つその組成物を少なくとも部分的に取り囲むファイバーネットを更に含むことができる。膨張性黒鉛を使用する物品は、それの現在の形状とは異なる形状を得るために膨張するように構成される任意のデバイスであってよい。例えば、物品は１つ以上のプロダクション・管状を取り囲む箇所において試錐孔内のアニュラスを充填するのに適したタイプとすることができる。本明細書において使用されるとき、用語「プロダクション・管状」は、例えば、プロダクション・チュービング、プロダクション・ケーシング、中間ケーシング、及びそこを通って炭化水素が海面まで流れるデバイスなどであるがそれらに限定されない、坑井を仕上げるのに使用される任意の種類のチューブを含む旨、定義される。かかる物品の具体例は、非制限実施形態において、環状アイソレータは対象となっていない生産品又は水ゾーンなどを封鎖するのに使用される環状アイソレータを含む。
【００３４】
例示的物品としては、シール、高圧力ビーズ・フラク・スクリーンプラグ、 スクリーン・ベースパイプ・プラグ、ボール及びシート用コーティング、 ガスケット、圧縮パッキング要素、膨張可能パッキング要素、Ｏ−リング、ボンデッド・シール、ブレット・シール、サブサーフェス・セーフティ・バルブシール、サブサーフェス・セーフティ・バルブ・フラッパー・シール、ダイナミックシール、Ｖ−リング、バックアップ・リング、ドリルビットシール、ライナーポートプラグ、大気ディスク、大気室ディスク、デブリ・バリアー、ドリルイン・スチム・ライナー・ラグ、流入量制御装置プラグ、フラッパー、シート、ボールシート、ダイレクト・コネクト・ディスク、ドリルイン・リニア・ディスク、ガスリフト・バルブ・プラグ、流体損失制御フラッパー、電動潜水ポンプ・シール、シヤ―アウト・プラグ、フラッパーバルブ、ガスリフト・バルブ、及びスリーブが含められる。具体的には、物品はシール、パッカー、流体制御デバイス、チュービングの表面上に配設された組成物を有するチュービングである。物品の形状は特に制限されていない。一実施形態において、物品は流動を抑止する。
【００３５】
様々な方法を用いてデバイスを製造することができる。一実施形態において、デバイスを形成する方法は、コンパウンディング膨張性黒鉛；結合剤;及びオプションでテルミット、Ａｌ及びＮｉの混合物、又は混合物を形成するために、少なくとも前述したものの１種で構成される結合体を含む活性化材料等を含める組み合わせ、又は１００°Ｆ未満の温度において混合物を圧縮成型を含む。該方法は、圧縮成型することから形成された生成物の表面上にファイバーネットを配設することを更に含む。活性化材料が含まれていない場合には、デバイスはマイクロ波エネルギーによって活性化されることができる。活性化材料が含まれる場合には、本明細書に記載された選択された形態のエネルギーに活性化材料を被曝させることによってデバイスは活性化されることができる。
【００３６】
膨張性黒鉛、結合剤、及び活性化材料を使用する組成物を含有する物品を所定の適切な場所に設置されてよく、次いで活性化されるか又は のエネルギーの適切な形態でさらされるか活性化される。物品が坑井に配設される具体例において、エネルギーは海上発生源から坑井の中へ運搬されるか又はダウンホールで発生されてよい。一態様において、放射線発生装置はデバイスと共に又はデバイスの設置後に運搬されてよい。いったんデバイスがセットされてしまって該発生源が活性化されてよい。活性化材料は放射線及び熱を吸収して、膨張性黒鉛を膨張させることになる。該方法は、パッカーなどといった環状アイソレータとして使用、とともに設置に続いて空間充填が所望される任意の使用の方法を含む。
【００３７】
すべての引用された特許、特許出願、及び他の参照文献は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれている。しかしながら、もし本出願における用語が組み込まれている参照文献における用語と矛盾するか又は対立する場合、本出願からの用語が、組み込まれている参照文献からの対立用語に優先する。
【００３８】
本明細書において開示されているすべての範囲は終点を含んでいる、かつ終点は独立して互いに結合可能である。接尾辞“（ｓ）”は、本明細書において  使用されるとき、その接尾辞が修飾する用語の単数及び複数の両方を含むことが意図され、これによってその用語の少なくとも１つを含む（例えば、ｃｏｌｏｒａｎｔ（ｓ）は少なくとも１種のｃｏｌｏｒａｎｔｓ着色剤を含む）。“Ｏｒ”は“及び／又は”を意味する。“Ｏｐｔｉｏｎａｌ（オプションの）”又は“Ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ（オプションにより）”はｔｈａｔ  ｔｈｅ  その後に続いて記載される事象又は状況が起こる可能性もあれば起こらない可能性もあること、及びその記載がその事象が起こる場合及び起こらない場合を含むことを意味する。  本明細書において使用されるとき、“ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ（結合体）”はブレンド、混合物、合金、反応生成物などを含んでいる。“Ａ  ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  ｔｈｅｒｅｏｆ（それらの組み合わせ）”は“掲げられた項目のうちの１つ以上及びオプションにより掲げられていない同様の項目から成る組み合わせ。”を意味する。すべての参照事項は参照により本明細書に組み込まれている。
【００３９】
本発明について記載するという文脈において（特に次の請求項の文脈において）用語“ａ”及び“ａｎ”並びに“ｔｈｅ”及び同様の参照（リファラント）の使用は、本明細書において特段の指示がない限り若しくは文脈によって明らかに食い違わない限り、単数及び複数の両方をカバーするように理解されるものとする。また、本明細書において用語“ｆｉｒｓｔ（第１の）”、“ｓｅｃｏｎｄ（第２の）”などはいかなる順番、数量、又は重要性を表すものではなく、むしろ一方の要素を他方から区別するために使用されることがさらに注目されるべきである。数量と関連して使用される修飾語“ａｂｏｕｔ（約）”は、明記された値を含みかつ文脈によって要求される意味を持つ（例えば、特定の数量の測定に関連付けられた誤差の程度を含む）。
【００４０】
本発明が例示的実施形態又は実施形態を参照して記載されてきた一方で、本発明の範囲から逸脱しないで様々な変化がなされてよい及び均等物がそれの要素に取って代わられてよいことが当該技術における当業者によって理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに特定の状況又は材料を本発明の教示に適応させるために多くの修正がなされてよい。したがって、本発明がこの本発明を実施するために想到される最善の態様として開示された特定の実施形態に限定されないが、本発明が特許請求の範囲内に収まるを含すべての実施形態を含むことが意図されている。また、図面及び明細書の中に、本発明の例示的実施形態が開示されてきた、また、ある特定の用語が採用されてきたが、それらは特段に明記していない限り総称的及び記述的な意味でのみ用いられていて且つ制限の目的ではなく、本発明の範囲はしたがってそのように制限されていない。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
装置を配備する方法であって、デバイスを所定の場所に位置決めすることであって、該デバイスが膨張性黒鉛及び結合剤を含有する組成物（３）を含み、及び該組成物（３）が第１の形状を有する、ことと、前記組成物（３）に該第１の形状とは異なる第２の形状を得させるために前記組成物（３）をマイクロ波エネルギーに被曝させることと、を含む方法。
実施形態２
前記デバイスの近傍にマイクロ波発生源を配設することあって、該マイクロ波発生源が前記組成物（３）を加熱及び膨張させるためにマイクロ波エネルギーを発生するのに効果的である、ことを、更に含む、実施形態１に記載の方法。
実施形態３
ダウンホール場所にチュービングを位置決めすることであって、該チュービングが前記チュービングの表面上に配設された組成物（３）を含み、該組成物（３）が膨張性黒鉛（７）及び結合剤を含み且つ第１の形状を有する、ことと、前記組成物（３）を膨張させて坑井を隔離するか又は仕上げるために前記組成物（３）をマイクロ波エネルギーに被曝させることと、オプションにより、前記チュービング内にマイクロ波発生源を配設することと、を含む方法。実施形態１又は実施形態２に記載の方法。
実施形態４
膨張性黒鉛（７）と、次の：テルミット；又はＡｌ及びＮｉの混合物の１種以上を含む活性化材料（６）と、オプションにより結合剤と、を含む組成物（３）。
実施形態５
前記活性化材料（６）が選択された形態のエネルギーにさらされる場合、前記活性化材料（６）が前記組成物（３）を加熱及び膨張させるのに十分な量で存在し、且つオプションにより該選択された形態のエネルギーが次の：電流；電磁放射線；又は熱の１つ以上である、実施形態４に記載の組成物（３）。
実施形態６
前記活性化材料（６）が前記前記組成物（３）の合計重量を基準にして０．５重量％〜２０重量％の量で存在する、実施形態４又は実施形態５に記載の組成物（３）。
実施形態７
前記テルミットが次の：アルミニウム；マグネシウム；カルシウム；チタン；亜鉛；シリコン；又はホウ素の１種以上を含む還元剤と、次の：酸化ホウ素；酸化シリコン；酸化クロム；酸化マンガン；酸化鉄；酸化銅；又は酸化鉛の１種以上を含む酸化剤とを含む、実施形態４〜６のいずれか一項に記載の組成物（３）。
実施形態８
前記結合剤が次の：ＳｉＯ２；Ｓｉ；Ｂ；Ｂ２Ｏ３；金属；又は該金属の合金の１種以上であり、前記金属が次の：アルミニウム；銅；チタン；ニッケル；タングステン；クロム；鉄；マンガン；ジルコニウム；ハフニウム；バナジウム；ニオビウム；モリブデン；スズ；ビスマス；アンチモン；鉛；カドミウム；若しくはセレンの１種以上である、実施形態４〜７のいずれか一項に記載の組成物（３）又は実施形態１〜３のいずれか一項に記載の方法。
実施形態９
前記結合剤が次の：ＳｉＯ２；Ｓｉ；Ｂ；Ｂ２Ｏ３；金属；若しくは該金属の合金の１種以上を含み、及び前記金属が次の：アルミニウム；銅；チタン；ニッケル；タングステン；クロム；鉄；マンガン；ジルコニウム；ハフニウム；バナジウム；ニオビウム；モリブデン；スズ；ビスマス；アンチモン；鉛；カドミウム；若しくはセレンの１種以上であり、オプションにより前記結合剤が約０．０５〜約１０ミクロンのサイズを有する、デバイス。膨張性黒鉛（７）及び結合剤を含有する組成物（３）を含むデバイスである。
実施形態１０
実施形態４〜８のいずれか一項に記載の組成物（３）を含むデバイス。
実施形態１１
前記デバイスがみ前記組成物（３）の外面に配設され且つ前記組成物（３）を少なくとも部分的に取り囲むファイバーネット（４）を更に含む、実施形態１０に記載のデバイス又は実施形態１〜３又は８のいずれか一項に記載の方法。
実施形態１２
前記デバイスがシール；高圧力ビーズ・フラク・スクリーンプラグ；スクリーン・ベースパイプ  プラグ；ボール及びシート用コーティング；ガスケット；圧縮パッキン部品；膨張性パッキン部品；Ｏ−リング；ボンデッド・シール；ブレット・シール；サブサーフェス・セーフティ・バルブシール；サブサーフェス・セーフティ・バルブ・フラッパー・シール；ダイナミックシール；Ｖ−リング；バックアップ・リング；ドリルビットシール；ライナーポートプラグ；大気ディスク；大気室ディスク；デブリ・バリアー；ドリルイン・スチム・ライナー・プラグ；流入量制御装置プラグ；フラッパー；シート；ボールシート；ダイレクト・コネクト・ディスク；ドリルイン・リニア・ディスク、；ガスリフト・バルブ・プラグ；流体損失制御フラッパー；電動潜水ポンプ・シール；シヤ―アウト・プラグ；フラッパーバルブ；ガスリフト・バルブ；若しくはスリーブである、実施形態９〜１１のいずれか一項に記載のデバイス又は実施形態１〜３、８、又は１１のいずれか一項に記載の方法。
実施形態１３
デバイスを調製する方法であって、膨張性黒鉛（７）；結合剤；及び次の：テルミット；又は混合物を形成するためにＡｌ及びＮｉの混合物の１種以上で構成される活性化材料（６）を調合することと、１００°Ｆ未満の温度において該混合物を圧縮成型することと、オプションにより、ファイバーネット（４）を、圧縮成型することから形成される生成物の表面上に配設することと、を含む方法。
実施形態１４
前記組成物（３）に該第１の形状とは異なる第２の形状を得るようにさせるために前記組成物（３）を選択された形態のエネルギーに被曝させることと、を含み、オプションにより該選択された形態のエネルギーが次の：電流；電磁放射線；又は熱の１つ以上である、装置を配備する方法であって、実施形態１０〜１２のいずれか一項に記載の前記デバイスを所定の場所に位置決めすることであって、前記組成物（３）が第１の形状を有する。
実施形態１５
前記方法が、前記坑井において前記装置を配備することによって坑井を隔離すること又は仕上げることを更に含む、実施形態１〜３、８、１１、１２、又は１４のいずれか一項に記載の方法。
【符号の説明】
【００４１】
１                    プロダクション・ケーシング
２                    プロダクション・チューブ
３                    組成物
４                    ファイバーネット
５                    マイクロ波発生器
６                    活性化材料
７                    膨張性黒鉛マトリックス
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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