專利名稱：砂篩裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于烴井的建成和改建的裝置，具體涉及用以限制顆粒物質(zhì)侵入井產(chǎn)品液的砂篩。
背景技術(shù)：
未固結(jié)的顆粒物質(zhì)(下文中稱為＂結(jié)構(gòu)砂(formation sand)＂)常與地下的烴巖層伴生。從未固結(jié)的巖層中生產(chǎn)烴液的主要問題是通常很細(xì)的結(jié)構(gòu)砂侵入產(chǎn)品液和設(shè)備。產(chǎn)品液中有砂存在時(shí)，常導(dǎo)致昂貴的井機(jī)械和零件迅速磨蝕。此外，未固結(jié)巖層中沙的遷移可能造成特意在巖層中爆破的鉆孔塌陷，從而導(dǎo)致減產(chǎn)或甚至停產(chǎn)。為了防止結(jié)構(gòu)砂的遷移，通常將這種巖層進(jìn)行＂礫石充填＂。礫石充填也可以起過濾器的作用，防止細(xì)砂進(jìn)入產(chǎn)品液。礫石充填包括將特定粒級(jí)的砂引入井孔，通常是以濃密礦漿的形式用泵向下輸送到被井壁的內(nèi)周邊和鉆具組(work string)外周邊限定的環(huán)形孔道中。通常是將礫石充填物強(qiáng)制地送入井壁的孔眼并摻入巖層的孔中，從而使巖層穩(wěn)定。
由于礫石充填物本身包括砂，因而常采用砂篩裝置防止礫石充填砂侵入井產(chǎn)品液，以及防止細(xì)的結(jié)構(gòu)砂(通常一開始就穿過礫石充填層)侵入產(chǎn)品液。如果有太多的結(jié)構(gòu)砂穿過礫石充填層，巖層鉆孔就會(huì)發(fā)生塌陷。在此情況下，井就可能需要以相當(dāng)?shù)馁M(fèi)用重新鉆孔和重新充填。
從水平井中生產(chǎn)烴液是非常理想的，因?yàn)榭梢詮闹醒氲呢Q井孔徑向地鉆許多井孔，從而可以提高特定巖層的生產(chǎn)效率。然而，水平井的建成牽涉一些技術(shù)障礙，因而迄今尚未廣泛采用。如果要將生產(chǎn)管深入放進(jìn)地下，然后試圖將該管道在角度接近90度下蜿蜒地伸進(jìn)，就需要用兼?zhèn)錁镄院晚g性機(jī)械強(qiáng)度的材料制成的生產(chǎn)管。將生產(chǎn)管置入井中的問題常因下述事實(shí)而加重，因?yàn)樵S多水平井都屬于未固結(jié)類型，在這種情況下，礫石充填和砂篩的使用都很困難。
鑒于砂侵入未固結(jié)巖層的問題，已設(shè)計(jì)了一些砂篩裝置。示范的設(shè)計(jì)包括金屬絲篩網(wǎng)裝置(參見例如美國專利3958634號(hào))、金屬絲篩網(wǎng)和預(yù)充填礫石的裝置(參見例如美國專利5050678號(hào))以及燒結(jié)金屬整體裝置(參見例如美國專利5088554號(hào))。這些金屬絲篩網(wǎng)裝置有若干不能令人滿意的傾向由于一開始就流過篩網(wǎng)/礫石充填界面的細(xì)砂而引起的磨蝕；由于碳質(zhì)的、硅質(zhì)的或有機(jī)的固體而產(chǎn)生的堵塞；由于地層和地壓的影響作用而產(chǎn)生的金屬絲網(wǎng)的塌陷或裂口。
預(yù)充填的金屬絲篩網(wǎng)裝置也會(huì)因堵塞和井孔應(yīng)力的影響而受到不同程度的損壞。此外，許多預(yù)充填篩網(wǎng)與該篩網(wǎng)環(huán)繞安裝在其上的生產(chǎn)管相比具有相當(dāng)大的外徑，致使開始安裝和拆卸困難。
金屬絲網(wǎng)，以及某種程度預(yù)充填的，砂篩裝置并不特別抗損壞；在鉆井臺(tái)上搬運(yùn)和將它們放入井孔時(shí)必須非常小心。即使輕微地撞擊井壁也會(huì)在金屬絲網(wǎng)的間隔產(chǎn)生裂口，致使篩網(wǎng)磨蝕和失效。此外，在將常規(guī)的金屬絲篩網(wǎng)和預(yù)充填篩網(wǎng)放入水平井中時(shí)，會(huì)擴(kuò)大金屬絲網(wǎng)間隔上的裂口，導(dǎo)致篩網(wǎng)失效。
燒結(jié)金屬整體砂篩裝置在所有的應(yīng)用中價(jià)格過高，除非在最關(guān)鍵情況下否則不予采用。此外，該裝置缺少整體支承，因而不能抗損壞。均勻的或整體式的結(jié)構(gòu)由于應(yīng)力集中的影響和低韌性可使裂縫通過整體結(jié)構(gòu)的厚度蔓延。燒結(jié)金屬整體裝置也有因夾帶在巖層液中的細(xì)砂而被堵塞的傾向。為了改進(jìn)其性能，有必要將燒結(jié)金屬整體砂篩進(jìn)行電拋光，但卻增加了它們的成本費(fèi)用。
雖然燒結(jié)金屬整體砂篩裝置具有有效的開孔面積(空隙容積)，然而它們?nèi)狈Υ龠M(jìn)在該整體砂篩裝置和多孔管之間均勻的流量分布機(jī)制。在實(shí)際操作中，由于向下液流的流量分布很差，因而會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致高流速區(qū)的一些流道、較高的壓力降以及過早地被堵塞。另一方面，雖然金屬絲篩網(wǎng)和預(yù)充填的金屬絲篩網(wǎng)具有有效利用的流動(dòng)區(qū)和流量分布，但是，卻只有很小的有效開孔面積(空隙容積)，因而會(huì)降低生產(chǎn)率。
發(fā)明的概述本發(fā)明提供了一種基本上克服了上述主要問題的裝置。本發(fā)明包括用于烴井的具有抗損壞性的砂篩裝置，該砂篩裝置特別適合于在涉及未固結(jié)的和水平巖層的施工中應(yīng)用。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中包括同軸地安裝在多孔生產(chǎn)管周圍的多層帶支承多孔介質(zhì)。在構(gòu)成這種裝置的方法中，將一片或一條帶支承多孔介質(zhì)在適當(dāng)?shù)奈恢蒙檄h(huán)繞并緊固在生產(chǎn)管周圍。在優(yōu)選的構(gòu)成這種裝置的方法中，多孔介質(zhì)的一端通過例如點(diǎn)焊緊固在生產(chǎn)管上，然后，將該多孔介質(zhì)以螺紋形或螺旋形的方式環(huán)繞在生產(chǎn)管上并加以緊固。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括以下組合圓筒形內(nèi)排水層、圓筒形多孔外保護(hù)層以及安裝在內(nèi)層和外層之間的多層帶支承多孔膜。本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案包括一套組件或包括多層帶支承多孔膜的套筒，它設(shè)計(jì)成能套住并緊固在多孔生產(chǎn)管上。
本發(fā)明的砂篩裝置可以按不同的方式在井中使用。例如，可以安裝在井孔內(nèi)的礫石充填中，可以安裝在生產(chǎn)管的端部，還可以安裝在井下泵的進(jìn)口處以便能防止顆粒物質(zhì)進(jìn)入泵中。
本發(fā)明的砂篩裝置具有最佳的抗損壞性、高的空隙容積并能提供均勻的流量分布。優(yōu)選用于本發(fā)明的介質(zhì)是帶支承的或加筋的，并優(yōu)選以對(duì)接邊呈螺旋形環(huán)繞。
附圖的概述

圖1示出了包括實(shí)施本發(fā)明砂篩裝置的井孔的局部縱剖面圖。
圖2示出了圖1中砂篩裝置截面的放大圖。
圖3示出了本發(fā)明中安裝在生產(chǎn)管較低端的一個(gè)實(shí)施方案的局部縱剖面示意圖。
圖4示出了圖3中裝置的焊縫橫截面圖。
圖5是本發(fā)明安裝在井下泵進(jìn)口的另一個(gè)實(shí)施方案的局部縱剖面示意圖。
圖6是本發(fā)明包括褶疊組合體的一個(gè)實(shí)施方案的局部橫截面圖。
實(shí)施方案的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及一種砂篩裝置，該裝置對(duì)于在井建成的應(yīng)用中遇到的壓力具有抗損壞性能，而且在未固結(jié)的和水平井巖層中具有特別的用途。對(duì)本發(fā)明而言，＂抗損壞性＂是指砂篩裝置在約為其原直徑1/3至1/2破裂時(shí)仍能基本上保持其＂完整性＂的能力，即該裝置具有至少90％，更優(yōu)選至少95％的原有完整性。本文中所用的＂完整性＂是指確定的脫除效事。本發(fā)明的裝置包括砂篩裝置(其中一段多孔生產(chǎn)管是該裝置的重要部分)和砂篩組件(其中該裝置設(shè)計(jì)成能套在一段多孔生產(chǎn)管上并加以緊固)。
本發(fā)明還包括同軸地環(huán)繞在小直徑的多孔管周圍的多層多孔介質(zhì)，通過在改建(該處的砂篩已損壞)中所用的那種連續(xù)的軟蛇形導(dǎo)管將其引入鉆具組(work string)。按這種方式，井的連續(xù)生產(chǎn)壽命可以延長，直到砂篩損壞為止。
現(xiàn)在，參閱附圖，圖1所示為用于井巖層的示范性砂篩裝置，圖中包括生產(chǎn)區(qū)、礫石充填和套管的橫截面以及砂篩裝置的局部縱剖面。在圖1中，多孔生產(chǎn)管1放置在顯示井壁中孔眼3的井孔套管2內(nèi)，圖中還示出了生產(chǎn)管1和套管2之間的環(huán)形孔道空隙中的礫石充填4。生產(chǎn)管1可在其端部或沿其全長車螺紋。圖1中的裝置還包括防止裝置碰撞井壁的定中心裝置5。圖2(將在下面更詳細(xì)地討論)是圖1中砂篩裝置的放大截面圖，其中，示出了該砂篩裝置各層的斷面。
用于本發(fā)明中的帶支承多孔材料當(dāng)其同軸地安裝在多孔生產(chǎn)管的周圍時(shí)，可以構(gòu)成抗損壞性的砂篩裝置。令人驚奇的是，在通常的井總應(yīng)力之下，可以期望用作本發(fā)明的材料對(duì)集中荷載、磨蝕和剪應(yīng)變是容許的。優(yōu)選用來限制顆粒物質(zhì)侵入井產(chǎn)品液的帶支承多孔介質(zhì)是帶支承多孔金屬片材。通常，該多孔介質(zhì)具有高度的橈性。本文中所用的＂橈性＂是指該材料在小半徑下彎曲仍能保持其完整性的能力。優(yōu)選用于本發(fā)明的材料是在約為其厚度5倍或更小的半徑下彎曲仍能保持其完整性的材料。特別優(yōu)選的是在約為其厚度3倍或更小的半徑下彎曲仍能保持其完整性的材料。
優(yōu)選用于本發(fā)明的橈性材料是帶支承多孔金屬片材。特別優(yōu)選的是例如在美國專利4613369號(hào)(合并在此作為參考)中公開的帶支承多孔燒結(jié)金屬片材，在本文中稱之為帶支承多孔膜。這些膜包括有孔的金屬支承體，例如金屬絲網(wǎng)和包含在該支承體孔隙內(nèi)的金屬顆粒，這種金屬顆粒的單個(gè)顆粒通過燒結(jié)彼此結(jié)合并與該支承體結(jié)合。特別優(yōu)選的是帶支承的燒結(jié)金屬膜，其中，金屬顆粒的尺寸不大于有孔支承體孔隙最小尺寸的1/5。這些材料可按商標(biāo)PMMR從Pall Corporation購買。
金屬顆粒和有孔的金屬支承體可以屬于任一種金屬例如鎳、鐵、鉻、銅、鉬、鎢、鋅、錫、鋁、鈷和鎂以及這些金屬與包括含硼合金的金屬合金的組合物。鎳/鉻合金是優(yōu)選的。上述金屬中，AISI指定的含鎳、鉻和鐵的不銹鋼是最優(yōu)選的。
適合用作有孔支承體的金屬絲篩網(wǎng)的實(shí)例包括不銹鋼篩網(wǎng)，其編織結(jié)構(gòu)為約20×20至約100×100，金屬絲直徑約為0.014-0.0035英寸，更優(yōu)選約20×20×0.014至約40×40×0.009的矩形篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)(其中前兩個(gè)數(shù)表示按各自的方向每英寸上金屬絲的數(shù)目，后一個(gè)數(shù)表示構(gòu)成該篩網(wǎng)的金屬絲的直徑，以英寸計(jì))。其它致密的例如每英寸具有至多200×1,400金屬絲的篩網(wǎng)也可以使用。
各種級(jí)別的或具有不同有效脫除率的帶支承介質(zhì)可以用于本發(fā)明。準(zhǔn)備利用的介質(zhì)級(jí)別可隨特定井的巖層滲透性和用于礫石充填的砂粒尺寸而變化。用于井巖層中的礫石充填的砂粒通常的尺寸約為20-1000微米。已知特定尺寸的砂?？梢酝ㄟ^有效脫除率約為1/7至約1/3粒度的介質(zhì)有效地脫除。例如，在含有平均粒度為100微米的井的巖層中額定為15-30微米的介質(zhì)可以期望能有效地防止砂的侵入。
一些測(cè)定有效脫除率的方法是眾所周知的。特別有用的是最初由Oklahoma State University在二十世紀(jì)七十年代開發(fā)的F2測(cè)試法。通常，本發(fā)明所用的多孔介質(zhì)在使用美國專利4,562,039號(hào)的改進(jìn)F2法測(cè)定時(shí)，在beta＝100，具有F2脫除率約為2微米至約200微米，優(yōu)選約為30-100微米。通常，本發(fā)明的帶支承多孔介質(zhì)的空隙容積約為25-65％，更優(yōu)選35-50％。
本發(fā)明的砂篩裝置具有均勻的流量分布。本文中所用的均勻流量分布的意思是，當(dāng)將多孔介質(zhì)與多孔管結(jié)合在一起時(shí)，基本上可以利用多孔介質(zhì)的所有周邊流動(dòng)面積。優(yōu)選利用至少95％的周邊流動(dòng)面積。采用包括排水層和/或支承層在內(nèi)的多層介質(zhì)，可以增進(jìn)流量分布的均勻性。
可以將幾層帶支承多孔介質(zhì)相繼地呈螺紋形或螺旋形環(huán)繞在多孔生產(chǎn)管的周圍。雖然可以使用更多的多孔介質(zhì)，例如3、4、6、8、10、20、30、40層或甚至更多的介質(zhì)層，但至少要使用兩層介質(zhì)來構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu)。
在圖2(其中，用相同的數(shù)字標(biāo)志表示圖1中描繪的相同結(jié)構(gòu))所示的砂篩裝置中，三層燒結(jié)的帶支承多孔金屬膜10、11和12呈螺旋形環(huán)繞在圖1中的多孔生產(chǎn)管1周圍。生產(chǎn)管1上的孔眼7可以使產(chǎn)品液流進(jìn)鉆具組(work string)。單層的矩形金屬條8呈螺旋形直接環(huán)繞在生產(chǎn)管1上。示于圖2的包括金屬絲網(wǎng)9的排水材料，環(huán)繞在矩形金屬條8周圍。如圖2所示，該三層燒結(jié)的帶支承多孔金屬膜10、11、12呈螺旋形環(huán)繞在排水層9的周圍。每層帶支承膜10、11、12沿接縫通過電阻焊14、15、16定位搭焊在該層下面。在圖2中，還描繪出由粗金屬絲網(wǎng)組成的外保護(hù)層13。
本發(fā)明的多孔介質(zhì)層均優(yōu)選相同類型的材料，但是，也不必都是如此。利用多層介質(zhì)可以降低該裝置對(duì)集中荷載、磨蝕和剪應(yīng)變的敏感性。優(yōu)選具有2至約9層的結(jié)構(gòu)，更優(yōu)選3-5層，最優(yōu)選3層。
多孔介質(zhì)的各層優(yōu)選呈螺旋形環(huán)繞，使介質(zhì)片的邊對(duì)接。雖然多孔介質(zhì)可以呈螺旋形環(huán)繞，使介質(zhì)片的邊搭接，但這是不太希望的。在圖2所示的實(shí)施方案中，三層7英寸寬和接近76-85英寸長的介質(zhì)10、11和12按最初接近45°的包覆角呈螺旋形環(huán)繞而沒有搭接。由于外徑的增加，相繼的每一層的包覆角稍有變化。多孔介質(zhì)環(huán)繞在上面的多孔生產(chǎn)管1、矩形金屬條8和金屬絲網(wǎng)排水層9最初的外徑約為3英寸。
在采用搭接的情況下，由于介質(zhì)片搭接，介質(zhì)層的有效層數(shù)將會(huì)增加。所用的搭接量可以從0％(對(duì)接)最多到約95％變化。
擴(kuò)散層雖然不是主要的但是也可以安裝在兩層或更多層的多孔介質(zhì)之間以增進(jìn)均勻的流量分布。該擴(kuò)散層可以用任一種邊緣流動(dòng)阻力比多孔介質(zhì)層小的適宜的多孔材料構(gòu)成，這樣，可使多孔介質(zhì)層之間的流量分布更均勻。擴(kuò)散層可以包括比多孔介質(zhì)層更厚的支承多孔金屬膜。該擴(kuò)散層更優(yōu)選包括精細(xì)到80×80×0.004或0.005或更細(xì)的金屬絲網(wǎng)。雖然擴(kuò)散層不必呈螺旋形環(huán)繞，但是，如果介質(zhì)片已經(jīng)按螺旋形環(huán)繞，則優(yōu)選擴(kuò)散層呈螺旋形環(huán)繞。當(dāng)擴(kuò)散層在環(huán)繞前已緊固在介質(zhì)片上時(shí)，那么，該擴(kuò)散層當(dāng)然可以按相同的形式與介質(zhì)片環(huán)繞在一起。
如果采用搭接，必須仔細(xì)地確保介質(zhì)和/或擴(kuò)散層不致由于螺旋形搭接的各層外徑不同而產(chǎn)生皺褶。任一皺褶均會(huì)造成流體旁通該介質(zhì)的流動(dòng)的路徑。然而，通過采用橈性足夠的介質(zhì)來調(diào)節(jié)相繼各層環(huán)繞時(shí)外徑的較小變化，通?？梢员苊猱a(chǎn)生這種皺褶。
呈螺旋形環(huán)繞以構(gòu)成對(duì)接邊或搭接邊或呈螺紋形環(huán)繞的介質(zhì)層可以采用任一種適合的方法連接或焊接在一起。
盡管砂篩裝置的外部可以是最外層的帶支承多孔介質(zhì)層，但優(yōu)選使用環(huán)繞或封閉該砂篩裝置的保護(hù)材料，以易于運(yùn)輸并且能給砂篩裝置提供附加的支承和增強(qiáng)抗損壞性能，特別是在鉆井臺(tái)上搬運(yùn)和將它們放入井孔時(shí)更是如此。這種外保護(hù)或外環(huán)繞的材料可以是任一種適合于在所遭遇到的例如粗魯?shù)陌徇\(yùn)、高溫、腐蝕液體以及類似的苛刻條件下使用的結(jié)構(gòu)和材料。該外部材料可以是例如粗的金屬絲網(wǎng)或多孔罩。一些材料例如不銹鋼或類似的合金都是優(yōu)選的。通常，該外保護(hù)材料可以是約1×1×0.125至約40×40×0.009矩形篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不銹鋼金屬絲篩網(wǎng)。特別優(yōu)選例如包括300系列奧氏體不銹鋼的10×10×0.047矩形篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的粗金屬絲網(wǎng)。圖2所示的砂篩裝置包括AISI300系列奧氏體不銹鋼的10×10×0.047矩形篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的外保護(hù)層13。
該外保護(hù)材料可以采取任一種適宜的方式安置。該保護(hù)材料例如金屬絲網(wǎng)優(yōu)選采用與介質(zhì)層相同的方式環(huán)繞。該外保護(hù)層優(yōu)選緊固在介質(zhì)層上，按這種方式可將它們壓緊，以便給多孔介質(zhì)層提供附加的保護(hù)。在圖2中所示的實(shí)施方案中，該外保護(hù)層13呈螺旋形環(huán)繞。其它的保護(hù)材料，例如設(shè)計(jì)裝配在多孔介質(zhì)層上的多孔金屬罩也可以使用。
本發(fā)明的砂篩裝置也可以包括附加的支承層、排水層或類似的附加層。排水層是優(yōu)選的。這些附加層可以裝配在任一適合的位置上，例如插入介質(zhì)層和/或擴(kuò)散層之間或裝配在多孔生產(chǎn)管和最內(nèi)層帶支承多孔介質(zhì)層之間。優(yōu)選將排水層放置在生產(chǎn)管和最內(nèi)層的介質(zhì)層之間。特別優(yōu)選平的或矩形金屬條層呈螺旋形環(huán)繞在生產(chǎn)管的周圍(通稱矩形金屬條匝)，并以一層排水材料覆蓋在矩形金屬條上。矩形金屬條可為以上各層提供支承和排水。通常，用于本發(fā)明的矩形金屬條是尺寸約為0.125×0.0625英寸的不銹鋼條，呈螺旋形環(huán)繞，中心到中心的間距為0.25英寸。
適宜的排水層材料是金屬絲網(wǎng)或多孔的金屬片。優(yōu)選包括不銹鋼或類似合金的金屬絲篩網(wǎng)。通常，該排水材料是具有約為30×30×0.0065至約60×60×0.009矩形篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不銹鋼篩網(wǎng)。特別優(yōu)選例如包括AISI300系列奧氏體不銹鋼的40×40×0.009矩形篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的粗金屬絲篩網(wǎng)。排水層也可以采取任一種適宜的方式安置，例如采取與多孔介質(zhì)層相同的方式將這些排水層呈螺旋形或螺紋形環(huán)繞。例如，在圖2所示的實(shí)施方案中，一層矩形金屬條8敷設(shè)在多孔的生產(chǎn)管1上，包括AISI300系列奧氏體不銹鋼的40×40×0.009矩形篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)9的排水層呈螺旋形環(huán)繞在矩形金屬條8上。
可以環(huán)繞在多孔生產(chǎn)管上構(gòu)成本發(fā)明的砂篩裝置的各種不同層，例如介質(zhì)層、擴(kuò)散層、外保護(hù)層以及排水層，它們可以全部按相同的方向環(huán)繞或也可以按相反的方向環(huán)繞。然而，介質(zhì)層優(yōu)選全部按相同的方向環(huán)繞，其它各層在某種程度上按螺旋形環(huán)繞，其它各層也優(yōu)選按與介質(zhì)層相同的方向環(huán)繞。
可以采用各種方法將介質(zhì)層緊固在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，例如采用焊接或硬釬焊技術(shù)。適宜的焊接和硬釬焊技術(shù)的實(shí)例包括鎢惰性氣體、激光、電子束、電阻焊、鎳鉻焊料合金以及銀釬焊。優(yōu)選電阻焊將各層沿接縫連續(xù)焊在該層的下方。在圖2所示的實(shí)施方案中，電阻焊縫14、15和16沿介質(zhì)層10、11和12之間的接縫焊接。
可以采用各種方法來封閉介質(zhì)和多孔生產(chǎn)管的端部。例如，可將端帽套在多孔生產(chǎn)管上，在帶支承多孔介質(zhì)的端部定位，然后焊接在介質(zhì)和生產(chǎn)管上。另一種方法是將該介質(zhì)的端部直接與多孔生產(chǎn)管的端部焊接在一起。圖1所示的砂篩裝置包括焊接在多孔生產(chǎn)管1任一端上的端帽6。定型的砂篩裝置通常包括焊接在介質(zhì)端部的端帽。該定型裝置可套在多孔生產(chǎn)管上并在端帽處焊接到該管上。
定型的砂篩也可以包括一層最內(nèi)層，該最內(nèi)層包括定位在排水層內(nèi)周邊上，或當(dāng)利用時(shí)，定位在矩形金屬條匝層內(nèi)周邊上的圓筒形罩。設(shè)計(jì)成能套在多孔生產(chǎn)管上的罩可以對(duì)排水層和介質(zhì)層提供形體穩(wěn)定性。該罩可以是任一種適宜的結(jié)構(gòu)和適用于所遭遇到的上述苛刻條件的材料。該罩可以是例如多孔罩。優(yōu)選例如不銹鋼或類似合金的材料。特別優(yōu)選線規(guī)粗度為26-8(0.018-0.165英寸)，開孔面積大于40％的AISI300系列奧氏體不銹鋼多孔罩。
本發(fā)明的砂篩裝置不局限于與礫石充填一起使用。圖3說明了本發(fā)明砂篩裝置的一個(gè)實(shí)施方案，該裝置安裝在井孔內(nèi)生產(chǎn)管17的下端，這樣，所有進(jìn)入生產(chǎn)管17的液體必須首先流過該砂篩裝置。圖中未示出的生產(chǎn)管17的上端延伸到井的頂部。該實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)類似于圖1和圖2的實(shí)施方案。它包括剛性的多孔芯1，例如多孔的鋼制圓筒或一段多孔生產(chǎn)管，并有許多層環(huán)繞在芯1周圍。這些層包括相當(dāng)于圖2中排水層9的下游排水層并呈螺旋形或螺紋形環(huán)繞在芯1周圍。一層或多層，優(yōu)選至少二層相當(dāng)于圖2的層10-12的燒結(jié)多孔介質(zhì)環(huán)繞在下游排水層上。所用材料與下游排水層相同的上游排水層呈螺旋形或螺紋形環(huán)繞在燒結(jié)多孔介質(zhì)層的外部。然后將保護(hù)元件22環(huán)繞安裝在上游排水層的外部，以保護(hù)排水層和燒結(jié)多孔介質(zhì)。圖3中的保護(hù)元件22是用抗腐蝕材料例如碳鋼制成的多孔、剛性的外罩，但是，也可用相當(dāng)于圖2中保護(hù)層13的金屬絲網(wǎng)代替。端帽6采用例如焊接或封裝化合物與芯1的軸向端部和各環(huán)繞層封焊連接在一起。該裝置也可以包括與前述實(shí)施方案有關(guān)的任一種其它的層，例如燒結(jié)多孔介質(zhì)層間的擴(kuò)散層，或圖2中的矩形金屬條8。各層的特征可與本發(fā)明用于礫石充填內(nèi)的砂篩裝置的相同。
該裝置包括在芯1下游(上游)端的連接部，通過該連接部可將該裝置與生產(chǎn)管17的下端連接。在該實(shí)施方案中，連接部包括在上端帽6的外表面構(gòu)成的并與生產(chǎn)管17下端的內(nèi)螺紋嚙合的外螺紋6a。
另一種方案是，該連接部可包括有內(nèi)螺紋管的標(biāo)準(zhǔn)接頭，用來與上端帽6構(gòu)成的外螺紋6a和未在圖中標(biāo)明的生產(chǎn)管17底端構(gòu)成的外螺紋嚙合。所述裝置的端帽6緊固在芯1的端部，但在前述的一種端帽套在芯1上的裝置中，該連接部可以采取在芯1端部構(gòu)成螺紋的方式用來與生產(chǎn)管17嚙合。優(yōu)選能使砂篩裝置從生產(chǎn)管17拆卸的連接部，但是，如果該砂篩裝置的預(yù)期壽命能與生產(chǎn)管17的相比時(shí)，那么，該砂篩裝置可以通過例如焊接永久地連接到生產(chǎn)管17上。
圖3中所示的砂篩裝置的外徑優(yōu)選小于其中安裝了生產(chǎn)管17的井孔和環(huán)繞生產(chǎn)管17的套管2(如果存在)的內(nèi)徑。
在此實(shí)施方案中，每層燒結(jié)多孔介質(zhì)環(huán)繞芯1一次，構(gòu)成縱向接縫，而不是呈螺紋形或螺旋形環(huán)繞在芯1的周圍，且每一層的兩端通過焊接相互地封焊。圖4是燒結(jié)多孔介質(zhì)每一層的軸向焊縫的橫截面圖。該圖示出多孔支承介質(zhì)的第一層10和環(huán)繞第一層10的燒結(jié)多孔分質(zhì)的第二層11。第二層11的端部稍有搭接，所形成的接縫采用電阻焊密封。第一層10的軸向焊縫按該裝置的圓周方向與第二層11的焊縫交錯(cuò)，因而在圖4中看不見。為了防止10和11兩層在焊接時(shí)被相互地焊接在一起，可將冷淬帶材24沿接縫置于層10和層11之間。該冷淬帶材24優(yōu)選的是具有高熱導(dǎo)性和/或高熔點(diǎn)的材料。適宜的冷淬帶材24的實(shí)例是薄銅片帶材、銅絲網(wǎng)、陶瓷砂紙例如絕緣紙，或難熔金屬。燒結(jié)多孔介質(zhì)其它各層的接縫按類似的方式密封。圖1和圖2中的實(shí)施方案也可以使用類似于圖4中所示的軸向焊縫。
本發(fā)明的砂篩裝置也可以用來防止由于井中存在的顆粒物質(zhì)對(duì)井下泵的損壞。一種通過生產(chǎn)管下降到井中的井下泵，用來將液體泵送到井頂部。圖5說明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其中，一種類似于圖3實(shí)施方案的砂篩裝置安裝在常規(guī)的井下泵18的進(jìn)口19處。該裝置可以按任一種適宜的方式連接到泵18上。該裝置優(yōu)選包括能使裝置易于從井下泵18拆卸的連接部。井下泵18的進(jìn)口19通常配有內(nèi)螺紋，這樣，裝置可以和泵18連接，因此，所述的裝置包括帶有在端帽6上部構(gòu)成的外螺紋6a并與進(jìn)口19的內(nèi)螺紋嚙合的連接部。優(yōu)選該砂篩裝置的外徑能夠使該裝置的外周與生產(chǎn)管17的內(nèi)周之間有凈空，從而可使泵18容易在生產(chǎn)管17內(nèi)上升和下降。該砂篩裝置中各層的特征可與本發(fā)明在礫石充填內(nèi)使用的裝置相同。端帽6的下端可以逐漸縮小或具有削平的邊緣，以便在裝置與泵18一起下降進(jìn)入生產(chǎn)管時(shí)幫助其導(dǎo)向。
該砂篩裝置不必直接連接到泵的進(jìn)口19上。例如，可將一段管安裝在泵進(jìn)口19和該裝置上端之間。因此，該裝置可以沿通往泵進(jìn)口19的流體流道安裝在任意位置。
將砂篩裝置安裝在井下泵上是有利的，因?yàn)檫@樣安裝可以通過將生產(chǎn)管17上部的泵18提升到井的頂部，使砂篩裝置容易進(jìn)出，便于置換或檢修。相反，如圖3所示的實(shí)施方案，為了檢修連接在生產(chǎn)管17下端的砂篩裝置，必須將整個(gè)生產(chǎn)管線從井中拆除。
在前述的實(shí)施方案中，燒結(jié)多孔介質(zhì)的各層是環(huán)繞在多孔芯1的周圍。也可以將該燒結(jié)多孔介質(zhì)加工成多層摺疊的組合體以增加該介質(zhì)的過濾面積。例如，可將兩塊或多塊多孔介質(zhì)平板夾在上、下游的排水層之間，猶如金屬絲篩網(wǎng)樣的排水層9。然后可將該夾層摺疊，制成管狀的褶疊組合體，然后將其安裝在多孔圓筒形的芯上。為了防止該褶疊受徑向力，可用剛性的罩將其環(huán)繞，或?qū)⑵涓采w在例如圖2中保護(hù)金屬絲網(wǎng)13的多孔金屬絲元件內(nèi)。該褶疊組合體可以包括圖2中實(shí)施方案所使用的其它的一些層，例如多孔介質(zhì)鄰接層間的擴(kuò)散層。
該褶疊組合體的褶可以是常規(guī)的徑向延伸的一些褶，或如圖6所示，它們可以是所謂的＂傾斜褶(laid-overpleats)＂，其中，該褶的鄰接腿(adjoining legs)的相對(duì)面在褶的幾乎整個(gè)高度范圍內(nèi)處于密切接觸。圖6的砂篩裝置包括安裝在多孔芯1和由抗腐蝕材料例如碳鋼制成的多孔、剛性外罩22之間的褶疊組合體20。該組合體20具有許多褶21，且每一個(gè)褶21具有兩個(gè)彼此連接的鄰接腿21a。每個(gè)褶21的兩個(gè)鄰接腿21a的相對(duì)內(nèi)表面在褶21的幾乎整個(gè)高度h范圍內(nèi)彼此密切接觸。此外，鄰接褶21的腿21a的相對(duì)外表面在鄰近褶21的整個(gè)高度h范圍內(nèi)彼此密切接觸。在傾斜(laid-over)狀態(tài)下，每一個(gè)褶21的高度h大于褶疊組合體20的內(nèi)周邊和外周邊之間的距離(如圖6所示，[D-d]/2)。在這種狀態(tài)下，褶21可以例如呈弓形或成角度地或按直的、非徑向的方向延伸，但是，在鄰近的褶21之間基本上沒有空間，而且，褶疊組合體20的內(nèi)周邊和外周邊之間所有的容積實(shí)際上都被褶21占據(jù)，因而可以有效地作過濾之用。可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法將褶21做成傾斜狀態(tài)。
在某些情況下，多孔芯1中的孔眼7與每個(gè)褶21的寬度相比可以相當(dāng)?shù)卮蟆榱朔乐柜尥钩龆M(jìn)入孔眼7中，例如，可將粗的不銹鋼篩網(wǎng)23環(huán)繞在芯1周圍以給褶21的徑向內(nèi)端提供支承，從而使褶疊組合體20可以套在芯1和篩網(wǎng)23上。
雖然在一定程度上對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說明，然而應(yīng)該了解的是，本發(fā)明可以容許各種變型和可替換的形式，而且不受附圖中所示的具體實(shí)施方案的限制。還應(yīng)該了解到這些具體的實(shí)施方案決不意味著是對(duì)本發(fā)明的限制，相反，本發(fā)明囊括了所有屬于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的變型、同等物以及可替換的方案。
權(quán)利要求
1.一種用于地下井中限制穎粒物質(zhì)侵入井產(chǎn)品液的砂篩裝置，該裝置包括以下組合多孔的生產(chǎn)管、同軸地安裝并緊固在多孔生產(chǎn)管周圍的圓筒形多孔內(nèi)排水層、圓筒形多孔外保護(hù)層以及安裝在內(nèi)層和外層之間的多層帶支承多孔介質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中該帶支承多孔介質(zhì)是燒結(jié)的帶支承多孔金屬膜。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中該外保護(hù)層是金屬絲篩網(wǎng)而且內(nèi)排水層也是金屬絲篩網(wǎng)。
4.權(quán)利要求3的裝置，其中該帶支承多孔介質(zhì)包括至少三層，以對(duì)接邊呈螺旋形環(huán)繞。
5.權(quán)利要求2的裝置，其中該帶支承多孔介質(zhì)包括至少三層，呈螺紋形環(huán)繞。
6.權(quán)利要求2的裝置，還包括同軸地安裝在圓筒形多孔內(nèi)排水層內(nèi)的多孔罩。
7.權(quán)利要求2的裝置，其中該帶支承多孔膜是燒結(jié)的不銹鋼，膜的支承體是金屬篩網(wǎng)，其篩網(wǎng)的編織結(jié)構(gòu)為20×20×0.014至約40×40×0.009，且該膜可按約為其厚度5倍的半徑彎曲，仍可保持其完整性。
8.一種用于地下井中限制顆粒物質(zhì)侵入井產(chǎn)品液的砂篩裝置，該裝置包括以下組合多孔的生產(chǎn)管；同軸地安裝并緊固在多孔生產(chǎn)管周圍的呈螺旋形環(huán)繞在生產(chǎn)管上的矩形金屬條；環(huán)繞在矩形金屬條周圍的圓筒形多孔排水層；圓筒形的多孔外保護(hù)層；以及安裝在排水和外保護(hù)層之間可按約為其厚度3倍的半徑彎曲并在約2-200微米范圍內(nèi)具有脫除效率的多層帶支承多孔介質(zhì)。
9.一種用于地下井中限制顆粒物質(zhì)侵入井產(chǎn)品液的砂篩裝置，該裝置包括以下組合螺紋多孔生產(chǎn)管；同軸地安裝并緊固在多孔生產(chǎn)管周圍的呈螺旋形環(huán)繞在生產(chǎn)管上的矩形金屬條；環(huán)繞在矩形金屬條周圍的圓筒形多孔排水層；圓筒形多孔外保護(hù)層；以及安裝在排水和外保護(hù)層之間可按約為其厚度3倍的半徑彎曲并在約2-200微米范圍內(nèi)具有脫除效率的多層帶支承多孔介質(zhì)。
10.一種用于地下井中限制顆粒物質(zhì)侵入井產(chǎn)品液的砂篩組件，該組件包括以下組合圓筒形的多孔內(nèi)排水層、圓筒形的多孔外保護(hù)層以及安裝在內(nèi)層和外層之間的多層帶支承多孔介質(zhì)。
11.權(quán)利要求10的組件，其中該帶支承多孔介質(zhì)是燒結(jié)的帶支承多孔金屬膜。
12.權(quán)利要求11的組件，其中該外保護(hù)層是金屬絲篩網(wǎng)而且內(nèi)排水層也是金屬絲篩網(wǎng)。
13.權(quán)利要求12的組件，其中該帶支承多孔介質(zhì)包括至少三層，以對(duì)接邊呈螺旋形環(huán)繞。
14.權(quán)利要求11的組件，其中該帶支承多孔介質(zhì)包括至少三層，呈螺紋形環(huán)繞。
15.權(quán)利要求11的組件，還包括同軸地安裝在圓筒形多孔內(nèi)排水層內(nèi)的多孔罩。
16.權(quán)利要求11的組件，其中該帶支承多孔膜是燒結(jié)的不銹鋼，膜的支承體是金屬絲篩網(wǎng)，其篩網(wǎng)的編織結(jié)構(gòu)為20×20×0.014至約40×40×0.009，且該膜可按約為其厚度5倍的半徑彎曲，仍可保持其完整性。
17.權(quán)利要求16的組件，其中幾層膜以端帽密封。
18.一種用于地下井中限制顆粒物質(zhì)侵入井產(chǎn)品液的砂篩裝置，該裝置包括以下組合多孔生產(chǎn)管和同軸地安裝并緊固在多孔生產(chǎn)管周圍的多層帶支承多孔膜。
19.一種用于地下井中限制顆粒物質(zhì)侵入井產(chǎn)品液的砂篩組件，該組件包括以下組合圓筒形的多孔罩；呈螺旋形環(huán)繞在多孔罩周圍的矩形金屬條；環(huán)繞在矩形金屬條周圍的金屬絲網(wǎng)的圓筒形多孔排水層；金屬絲網(wǎng)的圓筒形多孔外保護(hù)層；以及安裝在排水和外保護(hù)層之間可按約為其厚度3倍的半徑彎曲并在約2-200微米范圍內(nèi)具有脫除效率的多層帶支承多孔介質(zhì)。
20.一種用于地下井中限制顆粒物質(zhì)侵入井產(chǎn)品液的砂篩組件，該組件包括以下組合圓筒形的多孔罩；同軸地安裝并緊固在多孔罩周圍的金屬絲網(wǎng)的圓筒形多孔內(nèi)排水層、金屬絲網(wǎng)的圓筒形多孔外保護(hù)層以及安裝在排水和外保護(hù)層之同可按約為其厚度3倍的半徑彎曲并在約2-200微米范圍內(nèi)具有脫除效率的多層帶支承多孔介質(zhì)。
21.一種用于地下井的砂篩裝置，該裝置包括具有下游端的多孔芯；至少一層安裝在該芯周圍的燒結(jié)多孔介質(zhì)；和位于芯下游端用以在井孔中連接芯與生產(chǎn)管的連接段。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，該裝置包括連接芯下游端的端帽，其中該連接段包括在端帽上成形的用以連接生產(chǎn)管的螺紋。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中該燒結(jié)的多孔介質(zhì)是在芯周圍環(huán)繞許多圈。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中該燒結(jié)的多孔介質(zhì)被摺疊成許多褶。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中該褶疊成彼此傾斜狀態(tài)。
26.一種用于地下井的砂篩裝置，該裝置包括具有下游端的多孔芯；至少一層安裝在該芯周圍的燒結(jié)多孔介質(zhì)；和位于芯下游端用以在井孔中連接芯與井下泵的連接段。
27.從地下井泵送液體的泵的配置，包括安裝在井內(nèi)并具有進(jìn)口的泵；和沿液體到泵進(jìn)口的路徑安裝并包括多孔芯以及至少一層安裝在芯周圍的燒結(jié)多孔介質(zhì)的砂篩裝置。
28.一種從地下井內(nèi)的液體中脫除顆粒物質(zhì)的方案安裝在井孔內(nèi)并具有上游端的生產(chǎn)管；和連接到生產(chǎn)管上游端并包括多孔芯以及至少一層安裝在芯周圍的燒結(jié)多孔介質(zhì)的砂篩裝置。
29.一種從地下井內(nèi)的液體中脫除顆粒物質(zhì)的方法，該方法包括將液體通過安裝在井孔內(nèi)的燒結(jié)多孔膜；和用安裝在井孔內(nèi)的井下泵從井孔泵送該液體。
30.一種從地下井內(nèi)的液體中脫除顆粒物質(zhì)的方法，該方法包括將液體通過安裝在井孔內(nèi)的燒結(jié)多孔膜；和將該液體通過安裝在井孔內(nèi)的生產(chǎn)管送出井孔外。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗損壞的砂篩裝置，該裝置具有至少一層燒結(jié)多孔介質(zhì)(10、11、12)，優(yōu)選同軸地安裝并緊固在多孔芯(1)周圍的燒結(jié)金屬膜。該裝置也可以包括安裝在多孔生產(chǎn)管(1)和燒結(jié)多孔介質(zhì)(10、11、12)之間的金屬絲網(wǎng)排水層(9)以及保護(hù)罩(13)，優(yōu)選金屬絲篩網(wǎng)。該裝置適用于礫石充填(4)，或可以安裝在礫石充填(4)的外面，例如安裝在生產(chǎn)管(17)的端部或安裝在井下泵(18)上。
文檔編號(hào)B01D39/20GK1124517SQ94192239
公開日1996年6月12日 申請(qǐng)日期1994年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月25日
發(fā)明者P·C·柯勒, S·A·蓋貝爾, M·B·韋特羅克, R·哈森米 申請(qǐng)人:帕爾公司