且看新型形状记忆材料的超强功能

    形状记忆材料的神奇一直为人们津津乐道，最近记忆材料家族又添新成员。

形状记忆材料

    Anthamatten，毕业生Yuan Meng以及和他们一起来自罗切斯特大学的团队计划在材料处于融化态下设计晶体结构来让材料能够在一个精确地温度恢复初始状态。

    当这些材料遇到适当的温度，即使他们承受这百倍于自身的重量，它们也能够瞬间恢复原型。这中不寻常的材料，被称作形状记忆聚合物。

    不同于其它弹性聚合物，这种材料可以在室温或被人触碰情况下就可以引起回复过程。在一段演示视频中，工程师将伸展的材料用镊子卷紧。当线圈落入人手，它就会像变魔术一样展开。

    “我们的形状记忆聚合物就如同一个橡皮筋，当它被拉伸后可以保持自身形变。但是，仅需一个来自外界的简单触碰，它就会恢复原型”，Anthamatten在一个大学的报道中介绍到。

    值得注意的是，材料被拉伸后，在材料内部存储的大量的弹性能量可以让它们在恢复原来形状的过程中对外做功。举个例子，取一段这样的材料绕在玩具卡车上，然后将材料拉伸，打开空间加热器对其加热，材料释放的能量足以让玩具车倾斜。

    据研究者们说，用一段鞋带尺寸的材料就可以提升起一公升的苏打饮料，要知道这可是它自身重量的1000倍！

    团队将把他们的研究成果发布在Journal of Polymer Science上。

    延伸阅读

    形状记忆材料如何成就贝克休斯防砂系统？

    贝克休斯的专家们通过对SMP（形状记忆材料）进行研究，根据其自身特性，开发研制了GeoFORM可膨胀变形防砂系统。其力学性能、化学稳定性、滤失性、抗腐蚀能力和可扩展的特性均较好，在现场应用方面打破了对常规防砂完井方式的认知，替代了常规砾石充填作业的同时，大大减少了场地使用面积，进而提高了工作效率，简化了后勤管理问题。

    目前该技术在防砂领域处于领先地位。贝克休斯的专利技术——GeoFORM防砂系统通过减少砂堵和防砂失效的可能性进而降低作业风险，其中防砂失效往往是由于生产循环和油藏或井眼挤压变形引起的。这一业界首创的高效防砂系统减少了对设备、人员和钻机运转时间的需求。

    贝克休斯GeoFORM 防砂管理系统，可以在不开泵的条件下完成裸眼防砂作业，其防砂效果不亚于砾石充填完井。目前，GeoFORM技术可适应的井底温度达到185华氏度 （85摄氏度）。

    采用形状记忆聚合物技术

    GeoFORM防砂系统是通过对形状记忆材料进行大量的研究和发展的成果。其力学性能、化学稳定性、滤失性、抗腐蚀能力和可扩展的特性都经过了严格的测试，并得到了非常好的评价。

    GeoFORM系统具有更小安装占地面积和更高的滤砂效率，粒径尺寸覆盖范围广。SMP技术可以使系统坐放后完全贴合井筒。GeoFORM系统以独特的形状记忆聚合物（SMP）技术为基础，该物质的作用类似过滤介质，能够完全贴合井筒的形状。SMP材料有着原始固定的形态，其外径稍大于井筒直径。

    在生产过程中，SMP受热后被压缩到较小直径，依附在中心管的外面，从而可以顺利下入井底。GeoFORM系统下放到指定位置后，SMP在井底温度以及洗井液和驱替液中的活性物质的作用下，恢复原始形状，直至充满中心管与地层之间的环空空间，并将残余应力作用于井壁。

    SMP材料具有良好的滤失性，其复杂的孔隙结构能够处理不同尺寸的粒径，从而保持高渗透率（大约40达西）。通过与井筒完全贴合并对地层施加应力，进而当生产期间出现压力波动时，GeoFORM系统可有效阻止颗粒运移。残余应力避免了其他防砂方法中经常发生的砂堵和过热点等的情况。

    下入井眼和层位封隔

    除了能够提供良好的防砂效果，GeoFORM系统无需注入砾石充填材料，进而提高了工作效率、简化了后勤管理问题。一次常规的砾石充填工作需要10位工程师和现场作业人员，并且在注入完井液与填料的过程中需要部署泵和搅拌设备。GeoFORM系统的安装可以由两人完成，不需要专门的泵，不需要进行填料作业。用来激活SMP的少量化学物质可以加入到洗井液中，使用泥浆泵或水泥泵循环至井底。通过使用GeoFORM系统取代传统的砾石充填技术，可以减少1~3天的钻机运转时间、降低HSE风险、显著减少后勤成本。

    扩展密封

    与常规筛管安装一样，将理想形状和大小的SMP材料放置在中心管外侧。当放入井底时，形状记忆材料扩展到原始形态，然后受到井筒的束缚，该材料对井壁施加了一个正应力，从而保证了防砂效果。这一技术可以承受长时间的挤压作用，从而避免了发生防砂失效的风险。

    更加灵活的模块化结构

    GeoFORM系统的简单和模块化特性，可实现用户定制系统配置。GeoFORM系统的连接可利用现场人力、资源以及中心管进行就地组装。

    节约成本

    GeoFORM系统作业时需要更少的设备和资源，从而减少了对环境的影响，同时，在安装时也需要更少的人力和花费更少的时间。因此，基于形状记忆技术的GeoFORM系统与传统砾石充填防砂技术相比，是一个更为实际、节约成本的选择。

    优势特征

    1.无需泵注砾石作业，可以简化后勤作业、减少设备占地面积、节约人力以及降低HSE风险。

    2.滤失特性覆盖粒径范围更广，不亚于砾石充填防砂效果。

    3.全井眼贴合，可以增强防砂能力并提升完井可靠度。

    4.原始地层应力，可以稳定近井地层、防止地层砂运移、提升完井质量的长期可靠性。

    5.渗透率最高为40达西，可以实现井底流压的最大化。

    6.简易模块化设计，中心管无需焊接，可以采用现场作业人员及材料进行作业，也可根据用户需求进行定制。

    现场应用

    可用于替代裸眼砾石充填作业、水平井、补救性防砂作业、小井眼作业、常规油气和重油开采等。Adriatic Sea作业人员需要识别目标井及其它几个计划生产层段的区域。GeoFORM技术为这一复杂环境提供了一个更加简单、经济、高效的防砂方案。目标气层以低渗透率的页岩和粉砂岩互层为主，与含水层距离很近。

    通常，这种地层只适合采用压裂充填完井，但由于靠近含水层，使得这一方案并不可行。GeoFORM系统确保滤失量最小，将水敏性地层暴露风险降到最低。激活后的形状记忆滤砂技术实现了全井筒贴合，从而保证生产井在无砂堵的情况下安全生产。