專利名稱：井濾網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于過濾從井中抽出的流體的井濾網(wǎng)(wellscreen)，以及該井濾網(wǎng)的一種制造方法。
背景技術(shù)：
為了從地下井中抽出諸如油、氣或水的流體需要在地下鋪設(shè)輸送管。通過井中的自然壓力、地面上的泵，或用其它流體置換該流體(例如用水置換油)，該流體經(jīng)由輸送管被壓向地表。這樣一個過程包括高加壓流體流入管中，而不可避免地帶有砂、石和其它雜質(zhì)的碎屑，這種碎屑會侵蝕鉆井機械。因此，在實踐中通常在輸送管的浸沒口(submerged opening)上提供一個過濾組件，公知的為一個井濾網(wǎng)，以從固體中分離流體。
井濾網(wǎng)的一種可用設(shè)計，首先包括一段公知為基管的多孔管。輸送管在其浸沒端與基管相連?；軅?cè)面的穿孔使得流體進入輸送管。通常，受到實際和效率約束，期望基管的直徑盡可能地大。
基管基本上裝在外層濾網(wǎng)內(nèi)，外層濾網(wǎng)過濾流入基管的流體。過濾介質(zhì)層具有細小的開口，從而具有很大比例的開口面積。一些類型的過濾介質(zhì)容易損壞，因為它們是用細金屬線編織而成，這些細金屬絲易被大流量流體流動時所攜帶的雜質(zhì)侵蝕。它們還易被堵塞，從而導(dǎo)致局部區(qū)域堵塞，最終完全堵塞。
通常，過濾介質(zhì)緊密地圍繞基管纏繞。但是，現(xiàn)有技術(shù)中也提出了在基管和過濾介質(zhì)之間具有間隙，如US 2002/0038707中所公開的，以允許流體流過過濾介質(zhì)上堵塞的區(qū)域，然后通過附近未堵塞的區(qū)域進入基管。
為了提高井濾網(wǎng)的效率和使用壽命，已經(jīng)提出了很多發(fā)明。例如，US 5,611,399涉及制造一種過濾材料不采用焊接的過濾組件，因為這種焊縫會造成強度變?nèi)醯膮^(qū)域。公開了一種帶孔的基管，其上裝有一個粗濾網(wǎng)，該粗濾網(wǎng)帶有一系列縱向延伸的支撐部件，這些支撐部件用纏繞金屬絲扎在一起，該金屬絲可以是一系列環(huán)。粗濾網(wǎng)上布置有一個由卷邊固定的精濾網(wǎng)。一個穿孔外層保護罩覆蓋著精濾網(wǎng)，作為保護濾網(wǎng)。為了將這些部件壓制并固定在端蓋上，使這些濾網(wǎng)穿過一個模子(die)。
US 6,305,468對US 5,611,399提出了改進，并且也涉及制造一種過濾材料不采用焊接的過濾組件，這種焊接會造成強度變?nèi)醯膮^(qū)域。其中固定過濾材料的方法與US 5,611,399不同，而外層保護罩也穿過模子，后一種設(shè)計所要求保護的優(yōu)點在于，部件的緊密性，尤其是外層保護罩和過濾材料，使得過濾組件比現(xiàn)有設(shè)計(例如美國專利US5,611,399)中的構(gòu)造能承受大得多的壓差。
US 6,158,507公開了一種具有兩層過濾層和一個外層保護罩34的基于桿的濾網(wǎng)。US 4,314,129中公開了基于桿的濾網(wǎng)的制作方法。
US 4,314,129使用電阻焊技術(shù)，以沿著縱向桿的分布圓周固定螺旋繞桿(spirally wound rod)，縱向桿與基管的長度方向平行。
上述美國專利申請2002/0038707進一步公開了一種用于在濾網(wǎng)和基管之間形成間隔的螺旋纏繞線，從而在過濾介質(zhì)和基管之間保持一定間隙。在將過濾介質(zhì)壓向基管時，該間隙防止在基管表面上形成堵塞。
US 5,782,299和US 6,109,349公開了一個過濾層和一個保護濾網(wǎng)，它們可以布置在過濾器內(nèi)部或外部。反過來，保護濾網(wǎng)由兩層彼此相連的穿孔不銹鋼組成。這些不銹鋼層相對較薄(0.02英寸至0.13英寸)，所以相對而言，具有較小的結(jié)構(gòu)剛度。這兩層的穿孔以這樣的方式偏移，即進入過濾組件的流體不能直接流入，從而可以減小流到精濾網(wǎng)上雜質(zhì)和流體的沖擊壓力。這種偏移意味著減少直接流向過濾介質(zhì)上流體的直接沖擊。
US 5,849,188公開了一種穿孔管，其具有一層緊密地纏在該管上的內(nèi)部護套，一層編織金屬網(wǎng)和一層保護套。編織網(wǎng)層公知為一種斜紋荷蘭織網(wǎng)層(twilled Dutch weave)，從而即使雜質(zhì)堆積在網(wǎng)表面上時，網(wǎng)孔也不會堵塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進的井濾網(wǎng)，和/或向公眾提供一種可用的選擇。
概括地說，本發(fā)明公開了一種井濾網(wǎng)，其可以承受外部保護濾網(wǎng)的破壞，其中過濾介質(zhì)和保護濾網(wǎng)之間的間隙由外部支撐層保持。該間隙確保過濾介質(zhì)的整個表面上存在流動通道，和穿過過濾介質(zhì)的流動通道。本發(fā)明還提出在固定到合適位置前，纏繞基管的預(yù)焊接網(wǎng)的使用。本發(fā)明還提出串聯(lián)電阻焊技術(shù)的使用，其中電極彼此相鄰地布置在要焊接的同一表面上，而不是布置在相反側(cè)。這種技術(shù)使得能焊接平板的側(cè)面以形成圓柱，而避免了將一個電極布置在圓柱內(nèi)部、一個電極布置在圓柱外部的難度。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種井濾網(wǎng)，包括一層過濾層，一層環(huán)繞過濾層的外部支撐層，及一層環(huán)繞外部支撐層的保護層；其中外部支撐層布置成使保護層與過濾層間隔開，并阻止保護層向著過濾層破損。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種在井濾網(wǎng)中形成支撐層的方法，包括下列步驟提供一個預(yù)制網(wǎng)格(mesh)，使該網(wǎng)格纏繞井濾網(wǎng)的至少一個下層部，然后將該網(wǎng)格的縱向邊緣連接在一起。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種為形成井濾網(wǎng)過濾層的方法，包括下列步驟在中空圓柱形內(nèi)部形成一片編織網(wǎng)格，然后通過電阻焊將該片網(wǎng)格的縱向邊緣焊接在一起。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種井濾網(wǎng)，其包括基管；內(nèi)部支撐層；覆蓋內(nèi)部支撐層的過濾層；環(huán)繞過濾層的外部支撐層；以及環(huán)繞外部支撐層的保護層。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種井濾網(wǎng)，其包括一層過濾層；一層外部支撐層，其為過濾層提供了一個籠，和/或剛度大于過濾層；以及一層環(huán)繞外部支撐層的保護層。


下面將說明本發(fā)明的優(yōu)選特征，其中僅為了說明目的，參考附圖圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的井濾網(wǎng)的局部剖視透視圖。
圖2表示本發(fā)明一種方法的實施例，其說明了采用串聯(lián)電阻焊技術(shù)焊接如圖1中所示井濾網(wǎng)的過濾網(wǎng)的方法。
圖3表示從井濾網(wǎng)的縱向側(cè)面觀察圖2的方法。
圖4表示一種將兩個如圖2和圖3中的過濾網(wǎng)孔的端部焊接在一起的方法。
圖5表示從井濾網(wǎng)的縱向側(cè)面觀察圖3的方法。
具體實施例方式
圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的井濾網(wǎng)10的一端，包括基管11，成為內(nèi)部支撐層12的圓柱網(wǎng)，成為過濾介質(zhì)13的圓柱網(wǎng)，成為外部支撐層14的圓柱網(wǎng)，成為保護層15的圓柱預(yù)制金屬片，及焊接環(huán)16。圖1中僅表示了井濾網(wǎng)的一端，井濾網(wǎng)10的另一端與圖示相同。
基管11具有孔111，流體可以通過該孔流入軸向布置的輸送管(圖中未表示)。孔111在管11的側(cè)面上占據(jù)15％-30％的總開口面積，工業(yè)標準通常使該管具有2.375″至7″的外徑。
內(nèi)部支撐層12優(yōu)選地由正交布置的金屬桿彼此焊接在一起所形成的網(wǎng)格來構(gòu)成。該網(wǎng)格預(yù)先制成一片平片，并切割成一定的尺寸，然后環(huán)繞基管11纏繞并拉緊，通常使用一些帶式扳手，這些帶式扳手具有帶緊固機構(gòu)的彈性材料帶，其可以環(huán)繞該網(wǎng)格纏繞，然后拉緊，使得該網(wǎng)格環(huán)繞基管拉緊。網(wǎng)格片的兩個縱向側(cè)彼此焊接在一起，以形成緊密包圍基管11的圓柱網(wǎng)12。從而網(wǎng)12提供了一個剛性框架結(jié)構(gòu)，其在過濾介質(zhì)13和基管11的外徑112之間確保一定的間隙。該間隙提高了流過過濾介質(zhì)13的分布。所采用的焊接技術(shù)優(yōu)選地采用串聯(lián)電阻焊。
過濾介質(zhì)13通常包括兩下層金屬網(wǎng)(圖中未表示)，它們燒結(jié)在一起以形成一個堅固的單一粘合層，該粘合層提供了精濾功能。金屬網(wǎng)的每一下層都是商業(yè)上可以獲得的材料。所采用的材料可以是不銹鋼，例如Grade 316或Alloy 20。這些網(wǎng)的品質(zhì)由一些國際標準控制，例如，“平紋方孔織網(wǎng)(plain square weave)”，“平紋荷蘭織網(wǎng)”，“斜紋荷蘭織網(wǎng)”等。過濾介質(zhì)13在被拉到基管11和內(nèi)部支撐層12上之前從平片過濾介質(zhì)形成為圓柱過濾介質(zhì)。
外下層的規(guī)格(即金屬線之間開口的尺寸)基于井中所含雜質(zhì)的期望尺寸的分布情況確定。由于需要較細的金屬絲尺寸和較大的開口(大約80微米至300微米)，因此該外下層對于其在壓力井中必須承受的給定應(yīng)力，相對較密。因此，一種提高外下層強度的常用技術(shù)是通過燒結(jié)一層或多層下面的網(wǎng)格來提供機械支撐。編織網(wǎng)格的內(nèi)下層用直徑更大的金屬線制成，從而金屬線之間具有更大的開孔。通過在特定的壓力下將這兩下層壓在一起，并將溫度升高到剛低于熔點，將這兩下層燒結(jié)在一起。產(chǎn)生的燒結(jié)過濾介質(zhì)13既具有外下層網(wǎng)的過濾性能，又具有兩下層結(jié)合所提供的強度。然后將該燒結(jié)過濾介質(zhì)13卷制成圓柱形，長度通常為1200mm。用電阻焊將重疊的側(cè)部焊在一起以形成縱向焊縫。
在該實施例中采用的電阻焊技術(shù)優(yōu)選地為串聯(lián)電阻焊，其解決了電極布置在圓柱形結(jié)構(gòu)內(nèi)部的問題。相比于其它焊接和連接技術(shù)，電阻焊的連續(xù)運用提供了顯著的成本降低和一致的焊接質(zhì)量。
當(dāng)期望兩個或更多圓柱形過濾介質(zhì)13彼此相聯(lián)，以形成一個更長的單獨過濾介質(zhì)13時，用相同的串聯(lián)焊接技術(shù)將過濾介質(zhì)13的端部與端部沿著圓周焊接在一起。
通過材料、結(jié)構(gòu)或兩者同時選擇，外部支撐層14優(yōu)選地比過濾介質(zhì)13具有更大的剛度，且具優(yōu)選地由用正交布置的桿焊接在一起所形成的網(wǎng)格來制成。外部支撐層14確保了過濾介質(zhì)13和保護層15之間適當(dāng)?shù)拈g隔距離，優(yōu)選為2.5mm至3mm，從而提高了流過過濾介質(zhì)13的分布。首先通過下文所述的帶式扳手相對于內(nèi)部支撐層，將外部支撐層環(huán)繞過濾介質(zhì)13(自然地，包括過濾介質(zhì)13下的所有層)拉緊。如果網(wǎng)格是金屬的，則通過電阻焊將外部支撐層14的兩個相鄰軸向邊緣沿著它們的縱向接頭和周向接頭焊接在一起，以形成剛性框架結(jié)構(gòu)。該框架結(jié)構(gòu)防止保護層15與過濾層13直接接觸。在由于壓力流體流動的壓力或在井濾網(wǎng)下降過程中與井鉆孔壁碰撞保護層15發(fā)生破損或變形的情況下，保護層15和過濾介質(zhì)13之間的間隙將由外部支撐層14維持。這樣，通過保持穿過過濾介質(zhì)13的不受阻礙的流動通道，其不會被保護層15和過濾介質(zhì)12之間的接觸所堵塞，沿著過濾介質(zhì)的流動特性擾動降到最低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，外部支撐層14還在井濾網(wǎng)中提供了更大的機械強度，且特別地由于外部支撐層14形成一個封閉過濾介質(zhì)的焊接“籠”，以穩(wěn)固地環(huán)繞內(nèi)部支撐層12和基管11以固定過濾介質(zhì)，因而提供了相對高的阻力以提高背壓，從而提供較高的爆破強度。
第一實施例的保護層15，其通常通過將平片焊接成螺旋形的管而制成，避開外部支撐層14。通常，其具有直徑為1/4″至1/2″的穿孔151，孔151具有15％-30％的開口面積，流體可以通過孔151流動。
焊接環(huán)16用于將內(nèi)部支撐層12、過濾介質(zhì)13、外部支撐層14和保護層15連接到基管11。因此所有層的端部都是密封的，從而流入基管11的流體必然流過所有的層，而不是環(huán)繞端部。井濾網(wǎng)10兩端上都有焊接環(huán)16，且其焊接到井濾網(wǎng)部件上。沿著一個長基管可以具有多個井濾網(wǎng)，在這種情況中每一個井濾網(wǎng)將仍然具有兩個焊接環(huán)。
圖2表示一種公知為串聯(lián)電阻焊的電阻焊技術(shù)的側(cè)視圖，如果材料是金屬的，則該電阻焊用于將井濾網(wǎng)的各層焊接成圓柱形。例如，形成過濾介質(zhì)13的平片首先被卷制成圓柱形，然后被置于縫焊卡具中，沿著圓柱形長度的過濾介質(zhì)片側(cè)面在區(qū)域24中重疊。重疊量為技術(shù)參數(shù)，大約為5mm。焊縫由支撐部件23支撐，電極21壓靠支撐部件23。支撐部件23的尺寸可以制成使其直徑小于或等于圓柱形產(chǎn)品的內(nèi)徑。支撐部件23可以由任何材料制成，例如聚合物或金屬，但通常是銅。
電極21(如圖3中所示，由電極31a，31b組成)并排布置，而不是布置于重疊24的相反側(cè)(如常用電阻焊技術(shù)中那樣)，但電極21互相不接觸以防止短路。
圖3表示從過濾網(wǎng)格13的縱向側(cè)觀察該串聯(lián)電阻焊過程。電流從一個與重疊網(wǎng)材料24外部片相接觸的電極31a流入，通過網(wǎng)格材料，然后流入另一個也與重疊24相同外部片接觸的電極31b。重疊24下面的支撐部件23使得電極壓靠重疊24。通常，串聯(lián)電阻焊每次焊接4mm的長度。過濾介質(zhì)322圓柱的縱向焊縫通過在重疊24上串聯(lián)電阻焊點沿著圓柱形濾網(wǎng)22的全部長度重復(fù)形成。主要由焊接過程中施加的壓力使焊縫變平。
過濾介質(zhì)12圓柱的長度通常為4′。如果需要更大的長度，則可以將多個圓柱首尾相連在一起，即通過將多個圓柱首尾相連排列成一個長圓柱，然后用電阻焊將它們焊接在一起。圖4從縱向表示了如何將兩個過濾介質(zhì)連接在一起。將兩個圓柱過濾網(wǎng)42a、42b中的一個鉚入另一個，從而形成重疊42c。電極21將兩個圓柱的重疊42c壓在內(nèi)部支撐部件23上。參考圖5，截面圖表示了兩層過濾網(wǎng)42a、42b通過支撐部件23支撐在圓柱內(nèi)部，且當(dāng)通過重疊層42c傳遞電流時，電極21壓在層42a、42b上。
多個圓柱焊接網(wǎng)最后形成一個長圓柱，而組合圓柱的兩端也通過焊接連接到焊接環(huán)上。
盡管該實施例提供了一個井濾網(wǎng)，其由如圖中所示的部件組成，但還可以設(shè)想其它實施例。例如，替代形成外部支撐層14的金屬絲，還可以用其它可以在保護層15和過濾介質(zhì)13之間提供間隙的材料，例如堅固的聚合物，其可以用與上文說明相似的方式纏繞管，并用任何合適的方法固定，例如粘合劑。代替平焊接網(wǎng)，也可以采用其它在保護層和過濾介質(zhì)之間維持間隙的結(jié)構(gòu)。例如，可以采用兩片具有多個開口的薄片，薄片之間夾著一些隔圈，或者可以采用一片單獨的薄片，其在開口之間布置由一些放射狀突起，在這兩種情況下，柱/突起布置成連接每一薄片上開口之間孤立的區(qū)域。作為替代方式，可以采用分布在過濾介質(zhì)圓周上，并沿著過濾介質(zhì)13長度焊接的平行桿；或一些環(huán)分布并加強(焊接)在過濾介質(zhì)13上；或一根較粗的金屬線環(huán)繞過濾介質(zhì)圓周并沿著其長度緊密地螺旋纏繞；或一層壓花輪廓及穿孔層。
外部支撐層的第二個目的是在背壓從基管內(nèi)部向外推過濾介質(zhì)時，為過濾介質(zhì)13提供一個堅固的結(jié)構(gòu)支撐。這樣確保了本發(fā)明的過濾介質(zhì)與傳統(tǒng)井濾網(wǎng)中的過濾介質(zhì)相比，具有更長的壽命周期。
電阻焊技術(shù)在井濾網(wǎng)制造中的運用保持了網(wǎng)的完整性，并且比那些通常用于井濾網(wǎng)制造的焊接技術(shù)在圓柱層中提供了更加一致的焊縫，例如惰性氣體保護鎢極電弧焊(TIG welding)，其往往會損壞濾網(wǎng)并留下在油井中剪切流的作用下會破裂的弱點。
盡管根據(jù)本發(fā)明的井濾網(wǎng)主要用于油井，但該井濾網(wǎng)也適用于其它流體井，例如天然氣和水等。
權(quán)利要求
1.一種井濾網(wǎng)包括一層過濾層；一層環(huán)繞過濾層的外部支撐層；及一層環(huán)繞外部支撐層的保護層；其中該外部支撐層布置成使保護層與過濾層間隔開，并阻止保護層向著過濾層破損。
2.如權(quán)利要求1所述的井濾網(wǎng)，其中外部支撐層是框架網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的井濾網(wǎng)，還包括一層被過濾層覆蓋的內(nèi)部支撐層。
4.如權(quán)利要求3所述的井濾網(wǎng)，其中內(nèi)部支撐層是框架網(wǎng)。
5.一種井濾網(wǎng)包括一層過濾層；一層環(huán)繞過濾層的框架層；及一層環(huán)繞框架層的保護層；其中該框架層布置成使保護層與過濾層間隔開。
6.一種在井濾網(wǎng)中形成支撐層的方法，包括下列步驟提供一個預(yù)制網(wǎng)；使該網(wǎng)纏繞井濾網(wǎng)的至少一個下層部件；以及將該網(wǎng)的縱向邊緣連接在一起。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中支撐層被一層過濾層包繞。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中支撐層包圍著一層過濾層。
9.一種井濾網(wǎng)包括一個基管；一層內(nèi)部支撐層；一層過濾層覆蓋該內(nèi)部過濾層；一層外部支撐層包圍該過濾層；及一層環(huán)繞外部支撐層的保護層。
10.一種井濾網(wǎng)包括一層過濾層；一層外部支撐層，其為過濾層提供了一個籠，和/或其剛度大于過濾層；及一層環(huán)繞外部支撐層的保護層。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種井濾網(wǎng)(10)，其在保護層(15)和過濾介質(zhì)(13)之間具有一層外部支撐層(14)。還提出了一種井濾網(wǎng)(10)的制造方法，包括用末端開口的圓柱過濾介質(zhì)(13)拉伸覆蓋井濾網(wǎng)(10)的底層(12)。此外，提出了一種采用串聯(lián)電阻焊焊接構(gòu)成井濾網(wǎng)(10)的層中焊縫的方法。
文檔編號E21B43/08GK1833090SQ200480022878
公開日2006年9月13日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
發(fā)明者D·A·克盧格, G·J·多塞特 申請人:科姆普利申制品私人有限公司