專利名稱：具有擴散層的井濾管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有擴散層的井濾管。
技術(shù)背景各種井濾管(well screens)使用于許多相關(guān)應(yīng)用的井中。在產(chǎn)生流 體的應(yīng)用中，例如，用井濾管(well screens)過濾掉會損壞生產(chǎn)泵或相 關(guān)設(shè)備的粒子。通常，過濾介質(zhì)分布在基管(base pipe)周圍，基管具 有開口，期望的生產(chǎn)流體通過該開口引導(dǎo)進基管內(nèi)的流體流動通路中。過 濾介質(zhì)可包括一個或更多個篩網(wǎng)層，該一個或更多個篩網(wǎng)層的篩孔大小適 于過濾不期望的粒子。在生產(chǎn)期間，通過過濾介質(zhì)的碳氫化合物需要過濾介質(zhì)和基管之間的 開放的、非限制流路，以便于流體運動到基管射孔中。這種開放的、非限 制性流路通過隔離層(spacer layer)來提供，隔離層有時也稱為排水層。 在各種生產(chǎn)作業(yè)中，生產(chǎn)壓降(production drawdown)足以把過濾介質(zhì) 壓塌在排水層上。壓塌的過濾介質(zhì)擠壓進排水層中，因此堵塞排水流路， 并在基管射孔(base pipe perforations)的正上方產(chǎn)生"熱點(hot spots)"。此外，無論在過濾介質(zhì)的內(nèi)部或外部，排水層需要間隙以便于組裝， 這包括機械負載下的性能，例如破裂負載或壓塌負載。無論是沿過濾介質(zhì) 的內(nèi)部區(qū)域還是外部區(qū)域布置，現(xiàn)有的排水層還具有其它嚴重問題。例如， 排水層典型地由較重的測量線制成，在把排水層安裝到井濾管中時，會導(dǎo)致許多難以處理的問題。此外，現(xiàn)有排水層不能保護過濾介質(zhì)，并且如果 不當(dāng)?shù)貥?gòu)造和處理過濾介質(zhì)時甚至?xí)p壞過濾介質(zhì)?，F(xiàn)有的排水層還不能 防止塌陷和破裂。發(fā)明內(nèi)容大體上，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，用于產(chǎn)生強的、容易處理的井 濾管，其中，擴散層固定到過濾介質(zhì)以便產(chǎn)生相干結(jié)構(gòu)。在一個實例中， 過濾介質(zhì)由絲線篩網(wǎng)產(chǎn)生，該絲線篩網(wǎng)用于過濾特定尺寸的粒子。對應(yīng)的 擴散層形成為絲線結(jié)構(gòu)，形成擴散層的各個絲線的截面大致大于過濾介質(zhì) 中包含的任一絲線的截面。擴散層沿過濾介質(zhì)的表面固定到過濾介質(zhì)，以 便產(chǎn)生具有更大的抗塌陷和抗破裂性的相干結(jié)構(gòu)。 一種固定方法包括利 用燒結(jié)工藝把擴散層結(jié)合到過濾介質(zhì)。


下面將參考附圖來說明本發(fā)明的特定實施例，其中相同參考標(biāo)記表示 相同元件。圖l是根據(jù)本發(fā)明的實施例的井濾管的一部分的剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的可選實施例的井濾管的另一實施例的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的定位在井眼中的井濾管的前視圖，并且顯示井濾管的部分地拆開的部分；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的井濾管中使用的擴散層(diffusion layer)的一部分的視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的可選實施例的井濾管中使用的擴散層(diffusion layer)的另一實施例的一部分的視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的可選實施例的井濾管中使用的擴散層(diffusion layer)的另一實施例的一部分的視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的可選實施例的井濾管中使用的擴散層(diffusion layer)的另一實施例的一部分的視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的結(jié)合到過濾介質(zhì)以便產(chǎn)生相干結(jié)構(gòu) (coherent structure)的擴散層的剖視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例的與圖8相似的剖視圖，但顯示具有不同截面(cross-sectional)的擴散層絲線；圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的與圖8相似的剖視圖，但顯示具有不同 截面的擴散層絲線；圖11是根據(jù)本發(fā)明的實施例的與圖8相似的剖視圖，但顯示具有不同 截面的擴散層絲線。
具體實施方式
在以下說明中，描述了許多細節(jié)來說明和理解本發(fā)明。然而，對于本 領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員而言，根據(jù)所描述的實施例，能夠進行各種變化和修 改。本發(fā)明大致涉及井眼中使用的井濾管系統(tǒng)。井濾管系統(tǒng)包括過濾粒子 的過濾介質(zhì)(filtering medium)和一個或更多個擴散層(diffusion layers)，當(dāng)沿過濾介質(zhì)的表面布置時前述一個或更多個擴散層提供減小 壓降的側(cè)流孔幾何結(jié)構(gòu)(lateral flow pore geometry)。通過在機械負 載下保持孔的幾何結(jié)構(gòu)和開放面積，擴散層能夠擴散(即抑制)進入過濾 介質(zhì)的流速。較低的流速減小了腐蝕的可能性。擴散層結(jié)合到過濾介質(zhì)以便產(chǎn)生相干結(jié)構(gòu)(coherent structure)， 該相干結(jié)構(gòu)提供強的結(jié)構(gòu)整體性，并且能夠很好地防止塌陷和破裂。擴散 層可沿過濾介質(zhì)的表面結(jié)合到過濾介質(zhì)，例如，通過燒結(jié)。除了提高過濾 介質(zhì)的結(jié)構(gòu)整體性和防止塌陷/破裂的性能外，相干結(jié)構(gòu)還使過濾介質(zhì)能 夠更容易地處理和組裝到整個井濾管系統(tǒng)中。相干結(jié)構(gòu)不會讓過濾介質(zhì)被 刺破，例如，刺破會導(dǎo)致過早失效。相干結(jié)構(gòu)不需要在井濾管中設(shè)計用于 組裝的間隙，因而使塌陷情況下過濾介質(zhì)出現(xiàn)褶皺或巻曲的可能性最小或 沒有。此外，附接的擴散層或?qū)幽軌虮阌谙喔山Y(jié)構(gòu)沿相鄰管狀體的插入， 例如沿內(nèi)部基管或外部套。參考圖l，所示井濾管30包括過濾介質(zhì)32，該過濾介質(zhì)32構(gòu)造成過濾 選定尺寸的粒子。過濾介質(zhì)32可形成為篩網(wǎng)，該篩網(wǎng)具有由絲線(wire) 36形成的一個或更多個層34。井濾管30還包括擴散層38，擴散層38沿過 濾介質(zhì)32的表面定位。在圖l所示實施例中，擴散層38沿過濾介質(zhì)32的內(nèi)部表面40定位。此外，擴散層38固定到過濾介質(zhì)32，以便產(chǎn)生相干 結(jié)構(gòu)42。例如，擴散層38可包括絲線(wire) 44，該絲線(wire) 44 沿整個內(nèi)部表面40或過濾介質(zhì)的主要部分(substantial portion)燒結(jié) 或結(jié)合到過濾介質(zhì)32上。相干結(jié)構(gòu)42具有很高的強度，并且沿過濾介質(zhì)32的整個或主要部分 把擴散層38結(jié)合到過濾介質(zhì)32，能夠極大地增加過濾介質(zhì)抗塌陷和抗破 裂的性能。擴散層38在過濾介質(zhì)和相鄰管狀構(gòu)件之間提供間隔空間。例 如，在圖l的實施例中，擴散層38設(shè)置在過濾介質(zhì)32和內(nèi)部基管(base pipe) 46之間?；?base pipe) 46具有多個開口48，開口48可定位 成大致徑向延伸通過管壁50，該管壁50限定基管。例如，開口48在過濾介 質(zhì)32的正下方或與過濾介質(zhì)隔離開。擴散層38和過濾介質(zhì)32也是管狀 形狀，并且圍繞基管(base pipe) 46周圍設(shè)置。通過擴散層38在過濾 介質(zhì)32和基管46之間產(chǎn)生間隔空間，該間隔空間用于容納沿過濾介質(zhì)和 基管的各個方向上的流體流。因此，如果過濾介質(zhì)32的區(qū)域被堵塞或阻斷， 流過過濾介質(zhì)其它部分的流體能夠沿擴散層38流動，并通過徑向定位在 過濾介質(zhì)的堵塞部分的下方的開口48進入基管46的內(nèi)部52。因此，擴散層 38的使用能夠便于流體流動進基管46，即使當(dāng)過濾介質(zhì)32的區(qū)域或多個區(qū)域被砂子或其它粒子堵塞時。參考圖2，顯示井濾管30的另一個實施例。在本實施例中，第二擴散 層54定位在過濾介質(zhì)32的外表面的附近，從而使得第二擴散層54圍繞 過濾介質(zhì)32周圍設(shè)置。第二擴散層54還固定到過濾介質(zhì)32上以便產(chǎn)生 具有上述優(yōu)點的相干結(jié)構(gòu)42。擴散層38和第二擴散層54能夠都結(jié)合到 過濾介質(zhì)32上，或相干結(jié)構(gòu)42僅形成有過濾介質(zhì)32和第二或外部擴散 層54。在所示實施例中，第二擴散層54定位在過濾介質(zhì)32和外部管狀 構(gòu)件58 (例如套)之間。擴散層38和/或第二擴散層54在多個接觸區(qū)域 60處被結(jié)合(例如燒結(jié))到過濾介質(zhì)32，該多個接觸區(qū)域60分別橫過過 濾介質(zhì)表面40和/或56。過濾介質(zhì)和一個或更多個擴散層形成相干結(jié)構(gòu)42，這便于過濾介質(zhì) 和擴散層或?qū)拥臉?gòu)造和處理。然而，把擴散層固定到過濾介質(zhì)還減小或消 除擴散層相對于相鄰管狀構(gòu)件(例如相對于外部套58)的摩擦和/或打磨。相干結(jié)構(gòu)42的形成還能夠使整個井濾管產(chǎn)品的外部直徑最小化。這些特點進一步提高各種井濾管(well screens) 30的構(gòu)造容易性。過濾介質(zhì)32和擴散層38， 54的精確結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)不同應(yīng)用而變化。 例如，在圖3中，顯示了設(shè)置在井眼62中作為整個完井組件64的一部分的 井濾管組件30的實施例。井眼62被鉆進地層66中，該地層66包含例如期 望的生產(chǎn)流體，例如石油或其它流體。井濾管組件30的一部分被顯示成 拆開，以便暴露設(shè)置在基管46和過濾介質(zhì)32之間的擴散層38。在本實施 例中，擴散層38由絲線44形成，該絲線44以十字交叉圖案68布置。十字 交叉圖案68可具有在經(jīng)緯線方向上編織的絲線44，在經(jīng)緯線方向上的連續(xù) 絲線具有相同或不同直徑。通常，經(jīng)向或經(jīng)線是從線軸散開的連續(xù)絲線， 緯向或緯線是橫向延伸過經(jīng)線的射線或十字交叉絲線。徑向和緯向上的絲 線的數(shù)量能夠不同。圓周方向上的絲線比軸向方向上的絲線多，會增加圓 周強度和/或抗破裂性能，例如增加外部擴散層的圓周強度和/或抗破裂性 能。使用比軸向絲線更大的圓周絲線，同樣會增加圓周強度和/或抗破裂 性能。參考圖3，所示的過濾介質(zhì)32的實施例具有多個層34，該多個層34 形成為絲線篩網(wǎng)(wire mesh)。作為實例，每個篩網(wǎng)層可由具有相同直 徑的絲線形成。然而，篩網(wǎng)層34還能夠由具有不同直徑和不同尺寸的開 口的絲線形成，例如過濾介質(zhì)32的一個篩網(wǎng)層為小開口70和另一個篩網(wǎng) 層為大開口72。在粒子進入井濾管30的內(nèi)部之前，過濾介質(zhì)32的一個或 更多個層協(xié)作以便過濾期望尺寸的粒子。擴散層38是非過濾層，其設(shè)計用于提供結(jié)構(gòu)支撐，同時允許流體的 自由流動。十字交叉圖案68的任一擴散層大致具有通過十字交叉絲線44 形成的較大開口74。此外，當(dāng)擴散層38通過燒結(jié)固定到過濾介質(zhì)時，絲 線44成為支撐過濾介質(zhì)32的結(jié)構(gòu)絲線。通常，形成擴散層所使用的最小 的絲線比形成過濾介質(zhì)32的篩網(wǎng)層所使用的最大的絲線至少大兩倍。作 為實例，擴散層絲線的直徑比過濾介質(zhì)32中的最大的絲線的直徑大兩至 四倍。擴散層38和/或擴散層54能夠以各種結(jié)構(gòu)構(gòu)造。 一種是工作效果很 好的斜人字形結(jié)構(gòu)(twill herringbone configuration)或圖案。許多其它應(yīng)用能夠使用粗糙編織結(jié)構(gòu)。然而，能夠使用其它絲線圖案。此外， 除了絲線外，結(jié)構(gòu)材料還能夠用于構(gòu)造每個擴散層。圖4一7顯示擴散層的實例，這些擴散層具有形成編織結(jié)構(gòu)的十字交叉圖案68。例如，在圖4中，擴散層38， 54形成正方形、平紋編織圖案。圖5顯 示大致正方形編織圖案的一個特定實例，其為單個縐紋編織圖案(single crimp weave pattern)。另一個可選編織形式是雙縐紋編織(double crimp weave)，其中經(jīng)線和諱線部分具有設(shè)置在成對的橫向絲線之間的中間縐 紋織物76，如圖6所示。另一個排水層實施例使用鎖緊縐紋編織圖案(lock crimp weave pattern)，如圖7所示。在本實施例中，十字交叉絲線在經(jīng) 向和諱向方向上預(yù)先褶皺以便把絲線固定地鎖緊在一起。各種其它編織和 非編織圖案能夠用于形成擴散層38和/或5擴散層4的結(jié)構(gòu)。無論如何，擴 散層的結(jié)構(gòu)能夠使擴散層在多個接觸區(qū)域60處沿過濾介質(zhì)結(jié)合(例如燒 結(jié))到過濾介質(zhì)32。通過在接觸區(qū)域60處產(chǎn)生更大的表面積，能夠進一步提高相干結(jié)構(gòu) 42的結(jié)構(gòu)完整性，以便提高擴散層38， 54和過濾介質(zhì)32之間的結(jié)合。 例如，當(dāng)過濾介質(zhì)和擴散層燒結(jié)在一起時，更大的表面積能夠產(chǎn)生更強的 結(jié)合。產(chǎn)生更大的表面積的一個方法是在接觸區(qū)域60形成平坦表面區(qū)。例 如，用于產(chǎn)生擴散層(例如擴散層38)的絲線44能夠形成有平坦表面或 平坦側(cè)面78，如圖8所示。平坦表面78形成為當(dāng)擴散層和過濾介質(zhì)結(jié)合在 一起時使平坦表面78朝向過濾介質(zhì)32。通過選擇具有截面的絲線44，能夠自然地產(chǎn)生平坦表面78，并且至少 一個平坦表面在期望方向上定向。例如，擴散層38， 54能夠由具有大致 矩形(例如正方形)截面80的絲線44形成，如圖9所示。絲線44還能夠選 擇其它截面結(jié)構(gòu)。例如，在圖10中，絲線44具有三角形截面82。絲線44 還可具有六邊形截面84，如圖11所示，以及各種其它截面結(jié)構(gòu)，只要這些 截面結(jié)構(gòu)能夠提供具有用于結(jié)合的更大表面積的平坦側(cè)面。過濾介質(zhì)32 還可使用在第一方向上的單一形狀的連續(xù)絲線和在交叉方向上的不同形 狀的連續(xù)絲線。絲線的平坦側(cè)面不僅便于結(jié)合，而且影響流通面積、流動 特性和機械特性。過濾介質(zhì)和擴散層或?qū)拥慕Y(jié)構(gòu)能夠根據(jù)期望的生產(chǎn)參數(shù)和/或井眼環(huán) 境來調(diào)節(jié)。過濾介質(zhì)和擴散層通過燒結(jié)容易形成為相干結(jié)構(gòu)，然而，能夠 使用其它技術(shù)固定過濾介質(zhì)和一個或更多個擴散層。此外，相干結(jié)構(gòu)42 能夠用于各種井濾管中，和用于流體生產(chǎn)的各種完井組件，和用于與井作 業(yè)相關(guān)的其它類型的組件。
因此，盡管己經(jīng)詳細說明了本發(fā)明的一些實施例，但是根據(jù)本發(fā)明的 公開，對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員而言，各種變化和修改是顯而易見的。 這些變化和修改包括在所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種井濾管，包括基管；絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)，所述絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)圍繞基管圓周地設(shè)置；和擴散層，所述擴散層設(shè)置在基管和絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)之間，所述擴散層由足夠大直徑的十字交叉絲線形成，以便在基管和絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)之間產(chǎn)生擴散區(qū)，所述擴散層沿絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)的主要部分燒結(jié)到絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的井濾管，還包括第二擴散層，所述第二擴散層 設(shè)置在絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)相對于基管的相對側(cè)上，所述第二擴散層燒結(jié)到 絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的井濾管，其中所述基管具有多個徑向開口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的井濾管，其中所述絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)包括由不 同直徑的絲線形成的多個層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的井濾管，其中所述十字交叉絲線的最小直徑比 形成絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)的絲線的最大直徑大至少兩倍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的井濾管，其中所述擴散層的十字交叉絲線形成 為編織擴散層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的井濾管，其中所述編織擴散層包括在第一方向 上連續(xù)延伸的給定直徑的絲線和在第二方向上連續(xù)延伸的不同直徑的絲 線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的井濾管，其中所述編織擴散層包括在第一方向 上連續(xù)延伸的給定截面形狀的絲線和在第二方向上連續(xù)延伸的不同截面 形狀的絲線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l的井濾管，其中所述十字交叉絲線的至少一部分 形成有朝絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)定向的大致平坦表面，所述十字交叉絲線燒結(jié) 到絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)。
10. —種井濾管，包括過濾介質(zhì)，所述過濾介質(zhì)具有形成篩網(wǎng)的絲線以便過濾選定尺寸的 粒子，所述過濾介質(zhì)具有管狀形狀；和擴散層，所述擴散層由結(jié)構(gòu)絲線形成，形成擴散層的結(jié)構(gòu)絲線的截 面大致大于形成過濾介質(zhì)的絲線的截面，所述擴散層固定到整個過濾介質(zhì) 上以便提高過濾介質(zhì)抗塌陷和抗破裂性。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io的井濾管，其中所述擴散層經(jīng)燒結(jié)固定到過濾介質(zhì)上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的井濾管，其中所述擴散層中的結(jié)構(gòu)絲線的截 面尺寸為過濾介質(zhì)中的任一絲線的截面尺寸的至少兩倍。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的井濾管，其中所述擴散層具有編織成交叉篩 網(wǎng)編織圖案的結(jié)構(gòu)絲線。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10的井濾管，其中所述擴散層沿過濾介質(zhì)的內(nèi)部固定。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10的井濾管，其中所述擴散層沿過濾介質(zhì)的外部固定。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10的井濾管，其中所述擴散層的結(jié)構(gòu)絲線具有平 坦部分，以便提供與過濾介質(zhì)結(jié)合的更大表面積。
17. —種形成井濾管的方法，包括如下步驟 形成管狀過濾介質(zhì)； 構(gòu)造非過濾擴散層；和沿管狀過濾介質(zhì)的表面把非過濾擴散層結(jié)合到管狀過濾介質(zhì)上，以 便為整個管狀過濾介質(zhì)提供支撐。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括步驟把非過濾擴散層定位在 管狀過濾介質(zhì)的內(nèi)部；和把基管定位在非過濾擴散層內(nèi)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中構(gòu)造非過濾擴散層的步驟包括 以交叉篩網(wǎng)編織圖案來構(gòu)造非過濾擴散層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中構(gòu)造非過濾擴散層的步驟包括 利用十字交叉絲線構(gòu)造非過濾擴散層，所述十字交叉絲線具有平坦側(cè)面， 以便于結(jié)合到管狀過濾介質(zhì)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中把非過濾擴散層結(jié)合到管狀過濾 介質(zhì)上的步驟包括在管狀過濾介質(zhì)的整個表面上燒結(jié)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中形成管狀過濾介質(zhì)的步驟包括-利用不同直徑的絲線形成管狀過濾介質(zhì)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中構(gòu)造非過濾擴散層的步驟包括利用十字交叉絲線構(gòu)造非過濾擴散層，形成非過濾擴散層的十字交叉絲線 的最小直徑比形成管狀過濾介質(zhì)的絲線的最大直徑大至少兩倍。
24. —種形成井濾管的方法，包括如下步驟 圍繞基管定位絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)； 把擴散層布置在基管和過濾介質(zhì)之間；和 沿整個絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)燒結(jié)擴散層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的方法，還包括步驟利用具有一個或更多個 平坦區(qū)域的絲線形成擴散層，以便提供更大的表面積，從而便于把擴散層 燒結(jié)到絲線篩網(wǎng)過濾介質(zhì)上。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述絲線具有矩形截面。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述絲線具有三角形截面。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述絲線具有六邊形截面。
全文摘要
本發(fā)明公開具有擴散層的井濾管。該井濾管具有固定到過濾介質(zhì)的擴散層，以便產(chǎn)生相干結(jié)構(gòu)。該擴散層形成為允許流體自由運動的結(jié)構(gòu)，同時過濾介質(zhì)設(shè)計成過濾特定尺寸的粒子。擴散層沿過濾介質(zhì)的表面固定到過濾介質(zhì)，以便極大地提高過濾介質(zhì)抗塌陷和抗破裂性。本發(fā)明還公開利用燒結(jié)工藝把擴散層結(jié)合到過濾介質(zhì)的固定方法。
文檔編號E21B43/08GK101307686SQ20081009179
公開日2008年11月19日 申請日期2008年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月14日
發(fā)明者邁克爾·朗蘭, 迪安·R·肯尼 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司