CN102137984A - 防砂筛管组件及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种可操作地置于井眼(50)内的防砂筛管组件(40)。该防砂筛管组件(40)包括基管(42)，基管具有位于其侧壁部中的多个开口(46)并具有内部流路(44)。多个可径向延伸的过滤构件(52)各自可操作地与基管(42)的至少一个开口(46)相连。可径向延伸的过滤构件(52)的周向尺寸小于其纵向尺寸。可径向延伸的过滤构件(52)具有径向缩回的行进形态和径向延伸的操作形态；在径向延伸的操作形态下，可径向延伸的过滤构件(52)优选接触井眼(50)。过滤构件(52)还能通过可溶胀材料(48)响应于接触活化流体而延伸。
Description
技术领域
本发明一般涉及对从地层开采出颗粒材料进行控制，并具体地涉及一种具有可径向延伸的过滤构件的防砂筛管组件，该可径向延伸的过滤构件可操作为在激活时接触地层。
背景技术
不限制本发明的范围，例如参照经由一穿过未烧结或松散烧结的地层的井眼对烃的开采来描述本发明的背景技术。
在地下钻井和完井领域中公知的是，在从穿过未烧结或松散烧结的地层的井开采烃时，会开采出例如砂之类的颗粒材料。开采出这类颗粒材料会导致发生许多问题。例如，颗粒材料导致井内的部件例如油管、流动控制装置和安全装置磨损。另外，颗粒材料会部分或完全地阻塞油井，需要进行昂贵的井大修(workover)。还有，如果颗粒材料被开采到地表，则必须通过地表的处理设施将这些颗粒材料从烃流体中移除。
一种用于防止开采出这种颗粒材料的方法是以砾石充填邻近未固结或松散固结的开采层段的井。在典型的砾石充填完井中，将防砂筛管下降到工作管柱上的井眼中，到达最接近期望的开采层段的位置。然后，将包含液体载体和例如砾石之类的颗粒材料的流体浆沿工作管柱向下泵送，并进入防砂筛管与穿孔的井套管或裸眼开采区之间的井内环空(well annulus)。
流体载体通过流经防砂筛管而流入地层、返回地表，或者两者皆有。在任一种情况下，砾石沉积在防砂筛管周围，以形成砾石充填，这种砾石充填对于烃流体的流动来说是高度地可渗透的，但可阻挡烃流体中所携带的颗粒流动。这样，砾石充填能成功防止与从地层开采出颗粒材料相关联的问题。
然而，已经发现期望开采层段的完整砾石充填难以实现；在延伸的井眼或倾斜的井眼中，包括具有长的水平开采层段的井眼中，尤其如此。这些未完成的充填通常是液体载体进入开采层段的渗透部而造成砾石脱水，并在环空中形成砂桥的结果。此后，砂桥防止浆流到环空的剩余部分，这样依次防止充足的砾石堆放在开采层段的剩余部分。
另外，已经发现砾石充填在某些裸眼完井中不可行。已经尝试在这种裸眼完井中使用可扩张的金属防砂筛管。这些可扩张的金属防砂筛管典型地安装在井眼中，然后使用穿过筛管的内部的液压冲模(hydraulic swage)或锥体或者其他金属成形技术，径向扩张这些可扩张的金属防砂筛管。除了从地层流体滤出颗粒材料之外，这些可扩张的防砂筛管的一个益处是它们为地层提供径向支撑，这有助于防止地层坍塌。然而，已经发现因为井眼的轮廓并不均匀，所以传统的可扩张的防砂筛管并不是在它们的整个长度上都接触到井眼的壁。更具体地，由于钻井眼的过程和井下岩层的异质性，通常发生冲蚀(washouts)或其他不规则现象，这导致井眼内的某些位置具有比其他区域更大的直径，或者具有非圆形的横截面。因此，当可扩张的防砂筛管扩张时，在可扩张的防砂筛管与井眼的不规则区域之间生成孔隙，这已经导致可扩张的防砂筛管与井眼之间的不完全接触。另外，对于某些传统的可扩张的防砂筛管，螺纹连接件是不可扩张的，这生成非常复杂的轮廓，至少其中一部分防砂筛管不接触井眼。进一步，当传统的可扩张的防砂筛管扩张时，扩张的筛管的径向强度急剧降低，导致对井眼的径向支撑力极小(如果还有的话)。
因此，需要这样一种防砂筛管组件，其防止从穿越含烃地层的井开采出颗粒材料而无需执行砾石充填操作。还需要这样一种防砂筛管组件，其对地层提供径向支撑而无需扩张金属管。进一步，需要这样一种防砂筛管组件，其适合在长的水平的裸眼完井中操作。
发明内容
在此公开的本发明包括一种防砂筛管组件，其防止从穿越含烃地层的井中或作为注入井操作的井中开采出颗粒材料。本发明的防砂筛管组件可取得这种效果而无需执行砾石充填操作。另外，本发明的防砂筛管组件对地层提供了径向支撑而无需扩张金属管。进一步，本发明的防砂筛管组件适合用于长的水平开采层段中的裸眼完井的操作。
在一个方案中，本发明致力于一种可操作地置于井眼内的防砂筛管组件。该防砂筛管组件包括基管，该基管具有位于其侧壁部中的至少一个开口并具有内部流路。多个可径向延伸的过滤构件各自可操作地与基管的至少一个开口相连。可径向延伸的过滤构件的周向尺寸小于其纵向尺寸。可径向延伸的过滤构件还具有径向缩回的行进形态和径向延伸的操作形态；在径向延伸的操作形态下，可径向延伸的过滤构件优选紧密接近或接触井眼。
在一个实施例中，可溶胀材料层布置在基管与可径向延伸的过滤构件的至少一部分之间，由此响应于接触活化流体，可溶胀材料层径向扩张而引起可径向延伸的过滤构件从其行进形态操作到其操作形态。在这个实施例中，活化流体可以是烃流体、水、气或类似材料。
在一个实施例中，可径向延伸的过滤构件包括缸和可径向伸缩的活塞，该缸联结到基管，该可径向伸缩的活塞可滑动地容置在缸内。在某些实施例中，可径向延伸的过滤构件包括过滤挡板(filter retainer)和过滤介质。在其他实施例中，可径向延伸的过滤构件包括穿孔管。与可径向延伸的过滤构件相连的过滤介质可以是单层丝网式筛管、多层丝网式筛管、绕丝筛管、预充填筛管、陶瓷筛管、烧结的或未烧结的金属球或珠或陶瓷球或珠、流体多孔(fluid-porous)的抗颗粒的(particulate resistant)烧结的金属丝网式筛管和流体多孔的抗颗粒的扩散粘合的金属丝网式筛管中的任一种或多种。
在一个实施例中，可径向延伸的过滤构件的周向尺寸与纵向尺寸之比至少为1比2。在另一实施例中，可径向延伸的过滤构件的周向尺寸与纵向尺寸之比在约1比2与约1比10之间。在进一步的实施例中，可径向延伸的过滤构件的周向尺寸与纵向尺寸之比在约1比10与约1比30之间。
在一些实施例中，流体流量控制装置可操作地与每个可径向延伸的过滤构件相连。在其他实施例中，流体流量控制装置可操作地与多个可径向延伸的过滤构件相连。
在另一方案中，本发明致力于一种可操作地置于井眼内的防砂筛管组件。该防砂筛管组件包括基管，该基管具有位于其侧壁部中的多个开口并具有内部流路。多个可径向延伸的过滤构件各自可操作地与基管的至少一个开口相连。可径向延伸的过滤构件的周向尺寸小于其纵向尺寸。可溶胀材料层布置在基管外，由此响应于接触活化流体，可溶胀材料层径向扩张，进而引起可径向延伸的过滤构件的至少一部分朝向井眼的表面移位，并优选紧密接近或接触井眼的表面。
在进一步的方案中，本发明致力于一种在井眼中安装防砂筛管组件的方法。该方法包括使防砂筛管组件行进至井眼内的目标位置，防砂筛管组件包括多个可径向延伸的过滤构件，每个可径向延伸的过滤构件可操作地与基管的至少一个开口相连，可径向延伸的过滤构件的周向尺寸小于其纵向尺寸；以及将可径向延伸的过滤构件从径向缩回的行进形态操作到径向延伸的操作形态。
附图说明
为了更完整地理解本发明的特征和优点，现在连同附图一起参考本发明的详细描述，其中不同附图中的相应附图标记指的是相应部件，其中：
图1A是根据本发明的实施例，以行进形态(running configuration)操作多个防砂筛管组件的井系统的示意图；
图1B是根据本发明的实施例，以操作形态(operating configuration)操作多个防砂筛管组件的井系统的示意图；
图2A是根据本发明的实施例，处于行进形态的防砂筛管组件沿图1A的线2A-2A截取的剖视图；
图2B是根据本发明的实施例，处于操作形态的防砂筛管组件沿图1B的线2B-2B截取的剖视图；
图3A是根据本发明的实施例，处于行进形态的防砂筛管组件的剖视图；
图3B是根据本发明的实施例，处于操作形态的防砂筛管组件的剖视图；
图4A是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的侧视图；
图4B是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的前视图；
图4C是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的俯视图；
图5A是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的俯视图；
图5B是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的俯视图；
图6A是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的侧视图；
图6B是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的前视图；
图6C是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的侧视图；
图6D是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的前视图；
图7A是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的前视图；
图7B是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的前视图；
图7C是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的前视图；
图7D是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的前视图；
图8A是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的侧视图；
图8B是在根据本发明的实施例的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的前视图；
图9A是根据本发明的实施例，处在行进形态的防砂筛管组件的剖视图；
图9B是根据本发明的实施例，处在操作形态的防砂筛管组件的剖视图；
图10A是根据本发明的实施例，处在行进形态的防砂筛管组件的剖视图；
图10B是根据本发明的实施例，处在操作形态的防砂筛管组件的剖视图；
图11A是根据本发明的实施例，处在行进形态的防砂筛管组件的剖视图；而
图11B是根据本发明的实施例，处在操作形态的防砂筛管组件的剖视图。
具体实施方式
虽然以下详细讨论了形成和使用本发明的各种实施例，但是应理解本发明提供许多可应用的创造性概念，这些创造性概念能够在大量的特定环境下实施。在此讨论的特定实施例仅仅是形成和使用本发明的示例性的特定方式，并非限制本发明的范围。
首先参考图1A，其中描述了示意性示出并总体用附图标记“10”表示的井系统，其包括体现本发明原理的多个防砂筛管组件。在示出的实施例中，井眼12延伸通过多个地岩层(earth stratum)。井眼12具有基本竖直的区段14，区段14的上部中已经安装有胶结在井眼12内的套管柱16。井眼12还具有基本水平的区段18，区段18延伸通过含烃地层20。如所示出的，井眼12的基本水平的区段18是裸眼。
油管柱22位于井眼22内并从地表延伸。油管柱22提供了用于使地层流体从地层20流向地表的管道。多个防砂筛管组件24位于油管柱22内。防砂筛管组件24被显示为处于行进形态或者说未伸展形态。
再参考图1B，其中描述了图1A的井系统中，防砂筛管组件24处于其操作形态或者说径向扩张形态。如以下更详细解释的，所描述的每个防砂筛管组件24具有基管、多个可径向延伸的过滤构件和可溶胀材料层。一般而言，可溶胀材料层布置在基管周围外侧，可径向延伸的过滤构件布置在可溶胀材料层外。在这种构造中，当防砂筛管组件24接触活化流体，例如烃流体、水或气时，每个防砂筛管组件24的可溶胀材料层径向扩张，这依次引起防砂筛管组件24的可径向延伸的过滤构件接触井眼12的表面。
虽然图1A-图1B将油管柱22描述为只包括防砂筛管组件24，但是本领域技术人员将认识到，油管柱22可包括任意数量的其他工具和系统，例如流体流量控制装置、通信系统、安全系统等等。使用例如封隔器之类的层位封隔装置，还可将油管柱22分成多个层段。类似于防砂筛管组件24中的可溶胀材料，这些层位封隔装置可由在接触例如无机流体或有机流体这样的流体时膨胀的材料制成。可引起层位封隔装置膨胀并隔离的一些示意性流体包括水、气和烃。
另外，即使图1A-图1B描述了本发明的防砂筛管组件位于井眼的水平区段中，但是本领域技术人员应理解，本发明的防砂筛管组件同等适用于倾斜的井眼或竖直的井眼。因此，本领域技术人员应理解，使用的方向性术语，例如以上、以下、上部、下部、向上、向下等等是与图中描述的示例性实施例相关联使用的，向上方向为向着相应附图的顶部，而向下方向则是向着相应附图的底部。同样的，虽然图1A-图1B描述了具有单个钻孔的井眼中的本发明的防砂筛管组件，但是本领域技术人员应理解，本发明的防砂筛管组件同等适用于具有一个主井眼和多个分支井眼的多分支井眼(multilateral wellbore)。
参考图2A和图3A，其中描述了体现本发明的原理并总体用附图标记“40”表示的处在其行进形态的防砂筛管组件的剖视图。防砂筛管组件40包括限定内部流路44的基管42。基管42具有多个开口46。可溶胀材料层48位于基管42周围。可溶胀材料层48通过粘合或其他合适技术附接到基管42。优选地，基于防砂筛管组件40的直径和井眼50的直径来优化可溶胀材料层48的厚度，使得在扩张时，如以下更详细解释的，可溶胀材料层48和可径向延伸的过滤构件52与井眼50的表面之间实现基本均匀的接触。优选地，可径向延伸的过滤构件52围绕防砂筛管组件40周向和纵向分布，并为开采流体从地层进入基管42的内部流路44提供多个基本径直的通道。
在示出的实施例中，并如在图4A-图4C中最佳地看到的，每个可径向延伸的过滤构件52包括缸54，缸54通过螺接、焊接、摩擦配合或其他合适的技术附接到基管42。可径向伸缩的活塞56可滑动地置于缸54内。过滤挡板58附接到活塞56的外表面。过滤挡板58支撑过滤介质60。过滤介质60可包括机械滤筛元件，例如具有一层或多层编织金属丝网或纤维网的流体多孔的颗粒限制(particulate restricting)的金属筛管；上述一层或多层编织金属丝网或纤维网可扩散粘合或烧结在一起以构成筛管，该筛管设计为允许流体从中流过但阻止预定大小的颗粒材料流过。在示出的实施例中，过滤介质60包括具有相对常规的(course)金属丝网的外排水层和内排水层，外排水层与内排水层之间设有过滤层，该过滤层具有相对细的筛孔。应注意本发明的防砂筛管组件可与其他类型的过滤介质例如绕丝筛管、预充填筛管、陶瓷筛管、诸如不锈钢珠或烧结的不锈钢珠之类的金属珠等等一起使用。过滤介质60的大小根据将安装过滤介质的开采层段的具体要求来确定。一些示例性的过滤介质60的间隙大小为20-250标准筛孔范围。
现在再参考图2B和图3B，其中描述了处在操作形态的防砂筛管组件40的剖视图。在示出的实施例中，可溶胀材料层48已经接触活化流体，例如烃流体、水或气，这已经引起可溶胀材料层48径向扩张而接触井眼50的表面，在示出的实施例中，该表面为地层面(formation face)。另外，可溶胀材料层的48的径向扩张已经引起可径向延伸的过滤构件52接触井眼50的上述表面。
本发明的防砂筛管组件提供的一个益处是，除了为地层流体进入内部流路提供多条路径并将颗粒材料滤出地层流体之外，本发明的防砂筛管组件还对地层提供支撑，以防地层坍塌。与上述传统的可扩张的金属防砂筛管相比，本发明的防砂筛管组件提供与地层的改进接触，因为可实现更大的径向扩张；并且可溶胀材料层更贴合(compliant)，使得其能够更好符合不均匀的井眼表面。在优选实施方案中，本发明的防砂筛管组件对井眼提供约500psi与约2000psi之间的坍塌支撑力。本领域技术人员将认识到，对于具体的实施方案，本发明提供的坍塌支撑能够通过基管和可溶胀材料层的特定设计特征而得到优化。
可用各种技术使可溶胀材料层48与用于引起可溶胀材料层48膨胀的合适的活化流体接触。例如，当防砂筛管组件40安装在井中时，活化流体可能已经出现在井中，在这种情况下，可溶胀材料层48优选包括用于延迟可溶胀材料层48膨胀的机构，例如吸收延迟涂层或薄膜、或防止涂层或薄膜、溶胀延迟材料合成物或类似机构。
可替换地，当防砂筛管组件40安装在井中之后，可使活化流体通过井流通到可溶胀材料层48。作为另一替换方案，可从围绕井眼的地层开采进入井眼的活化流体。因此应认识到，根据本发明的原理，可使用引起防砂筛管组件40的可溶胀材料层48发生膨胀的任意方法。
可溶胀材料层48由接触活化流体例如无机或有机流体时膨胀的一种或多种材料构成。例如，该材料可以是在被刺激材料扩张的活化流体激活时，从其原始尺寸膨胀数倍的聚合物。在一个实施例中，可溶胀材料是在接触和/或吸收烃，例如油或气时膨胀的材料。烃被吸收到可溶胀材料中，使得可溶胀材料的体积增加，而产生可溶胀材料的径向扩张。优选地，可溶胀材料将一直膨胀，直到其外表面和可径向延伸的过滤构件52接触到裸眼完井或下套管井筒中的套管壁中的地层面为止。因此可溶胀材料为使得可径向延伸的过滤构件52径向延伸而与地层接触提供了能量。
一些示例性可溶胀材料包括弹性聚合物，例如EPDM橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶单体(ethylene propylene monomer rubber)、三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer rubber)、乙烯醋酸乙烯酯橡胶(ethylene vinyl acetate rubber)、氢化丁腈橡胶、丁腈橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁二烯橡胶和聚降冰片烯(polynorbornene)。这些材料及其他可溶胀材料在接触和吸收烃时膨胀，使得可溶胀材料扩张。在一个实施例中，可溶胀材料的橡胶也可溶解有其他材料、或与其他材料机械混合，所述其他材料例如为纤维素(cellulose)纤维。额外的选择可以是橡胶与聚氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、醋酸乙酯或其他与油接触时扩张的聚合物的机械混合物。
在另一实施例中，可溶胀材料是与水接触时膨胀的材料。在这种情况下，可溶胀材料可以是水溶胀的聚合物，例如水可溶胀的弹性体或水可溶胀的橡胶。更具体地，可溶胀材料可以是水可溶胀疏的疏水聚合物或水可溶胀的疏水共聚物，而且优选为水可溶胀的疏水多孔共聚物。可从许多亲水单体和疏水改性亲水单体制备根据本发明有用的其他聚合物。可利用的特别合适的亲水单体的示例包括但不限于，丙烯酰胺、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(dimethylaminoethyl methacrylate)、丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和丙烯酸羟乙酯。
也可利用许多疏水改性的亲水单体来构成根据本发明有用的聚合物。特别合适的疏水改性亲水单体包括但不限于，丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、烷基丙烯酰胺和烷基甲基丙烯酰胺(其中烷基具有约4至约22个碳原子)、甲基丙烯酰氧乙基烷基二甲基溴化铵(alkyl dimethylammoniumethyl methacrylate bromide)、甲基丙烯酰氧乙基烷基二甲基氯化铵(alkyl imethylammoniumethyl methacrylate chloride)和甲基丙烯酰氧乙基烷基二甲基碘化铵(alkyl dimethylammoniumethyl methacrylate iodide)(其中烷基具有约4至约22个碳原子)以及甲基丙烯酰氨基丙基烷基二甲基溴化铵(alkyl dimethylammonium-propylmethacrylamide bromide)、甲基丙烯酰氨基丙基烷基二甲基氯化铵(alkyl dimethylammonium propylmethacrylamide chloride)和甲基丙烯酰氨基丙基烷基二甲基碘化铵(alkyl dimethylammonium-propylmethacrylamide iodide)(其中烷基具有约4至约22个碳原子)。
可通过使所述亲水单体中的任一个或多个与所述疏水改性的亲水单体聚合，来制备根据本发明有用的聚合物。聚合反应按本领域技术人员公知的各种方式来执行，例如美国专利第6,476,169号中描述的那些方式，在此就各方面而言其通过援引并入该美国专利。
合适的聚合物的估算分子量可处在从约100,000至约10,000,000范围内，并优选处在从约250,000至约3,000,000的范围内，并且亲水分子与疏水改性的亲水单体的摩尔比可处在从约99.98∶0.02至约90∶10的范围内。
根据本发明有用的其他聚合物包括疏水改性的聚合物、疏水改性的水溶性聚合物及其疏水改性的共聚物。特别合适的疏水改性的聚合物包括但不限于，疏水改性的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、疏水改性的聚丙烯酰胺和疏水改性的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和乙烯吡咯烷酮的共聚物。
作为另一示例，可溶胀材料可以是诸如聚丙烯酰胺或改性的交联的聚(甲基)丙烯酸酯的盐聚体，其具有从盐水通过渗透作用吸水的趋势，其中水穿过允许水分子经过但防止溶解的盐通行的半透膜(聚合物与开采流体之间的界面)，从低盐浓度的区域(地层水)流向高盐浓度的区域(盐聚体)。
在示出的实施例中，可径向延伸的过滤构件52已经被设计成贴合井眼的表面。具体地，可径向延伸的过滤构件52具有相对窄的周向尺寸和相对延伸的纵向尺寸，如在图2A-图2B与图3A-图3B的比较中最佳地看到的。在某些实施例中，可径向延伸的过滤构件52的周向尺寸与纵向尺寸之比在约1比2与约1比10之间。在其他实施例中，可径向延伸的过滤构件52的周向尺寸与纵向尺寸之比在约1比10与1比30之间。
另外，可延伸的过滤构件52提供与地层相对大的界面接触面积。具有这样大的界面接触面积，与具有相对小的进入点的流体入口相比，减少了与进入井眼的开采量关联的局部下降(draw down)，由此降低了在采油操作中例如水或气这类不希望有的流体发生锥进(coning)的风险。与各个可径向延伸的过滤构件52的流体排放面积或可径向延伸的过滤构件52的收集量相比，相对大的界面接触面积进一步减少了局部下降，如以下更详细解释的。
虽然可径向延伸的过滤构件52已经被描述为具有特定的横截面形状，但是本领域技术人员应理解，本发明的可径向延伸的过滤构件可替换地具有不同形状的横截面，包括：圆形，例如图5A的可径向延伸的过滤构件70；矩形，例如图5B的可径向延伸的过滤构件72；以及其他形状，例如椭圆形、正方形、菱形等等，以及其他不对称横截面，所有上述形状都被认为落在本发明的范围内。还有，虽然可径向延伸的过滤构件52被描述为具有波形(contoured)的外表面，但是本领域技术人员应理解，本发明的可径向延伸的过滤构件可替换地具有不同构造的外表面，包括：相对平的外表面，例如图6A-图6B的可径向延伸的过滤构件74、76；不均一的外表面，例如图6C-6D的可径向延伸的过滤构件78、80，等等。
虽然可径向延伸的过滤构件52已经被描述为具有附接到过滤挡板的过滤介质，但是本领域技术人员将认识到，可替换地使用其他类型的可径向延伸的过滤构件。例如，如在图7A中最佳地看到的，可径向延伸的过滤构件90包括缸92，缸92通过螺接、焊接、摩擦配合或其他合适的技术附接到基管。可径向伸缩的活塞94可滑动地置于缸92内。管状构件96从活塞94纵向延伸，并具有多个穿孔98。描述为钢球或钢珠或陶瓷球或陶瓷珠的过滤介质100布置在管状构件96内，上述的钢球或钢珠或陶瓷球或陶瓷珠可烧结在管状构件96内。可替换地，过滤介质可以是烧结的或非烧结的、预充填的或树脂覆膜砂(resin coated sand)的、以上组合的单层或多层丝网，或类似的过滤介质。
另外，虽然可径向延伸的过滤构件90已经被描述为“T”形的管状构件，但是本领域技术人员将认识到，可替换地使用其他管状构造，并且其他管状构造被认为落在本发明的范围内。例如，如在图7B中最佳地看到的，可径向延伸的过滤构件110是按“L”形形成的。具体地，可径向延伸的过滤构件110包括缸112，缸112通过螺接、焊接、摩擦配合或其他合适技术附接到基管。可径向伸缩的活塞114可滑动地置于缸112内。管状构件116从活塞114纵向延伸，并具有被合适的过滤介质118覆盖的多个穿孔。同样地，如在图7C最佳地看到的，可径向延伸的过滤构件120是按“U”形形成的。具体地，可径向延伸的过滤构件120包括一对缸122，这对缸122通过螺接、焊接、摩擦配合或其他合适技术附接到基管。一对可径向伸缩的活塞126可滑动地置于缸122内。管状构件126在活塞124之间纵向延伸，并具有被合适的过滤介质128覆盖的多个穿孔。进一步，如在图7D中最佳地看到的，可径向延伸的过滤构件130是按“M”形形成的。具体地，可径向延伸的过滤构件130包括三个缸132，这三个缸132通过螺接、焊接、摩擦配合或其他合适技术附接到基管。三个可径向伸缩的活塞134可滑动地置于缸132内。管状构件136在活塞134之间纵向延伸，并具有被一对合适的过滤介质138覆盖的多个穿孔。因此，能够看到为地层流体进入基管的内部流路提供一个或多个径直路径的可径向延伸的过滤构件能够采用许多形状或构造，每种形状或构造都被认为落在本发明的范围内。
再次参考图2A-图4B，在某些实施例中过滤介质60的外层主要起排水层的作用，以允许地层流体在过滤介质60内环向或纵向流动。同样地，过滤介质60的外层还可起化学处理的载体或其他化学剂的作用。使用这种构造是有益的，例如若之前已经在地层的表面上形成滤饼，那么外排水层所提供的隔离(stand off)将防止损坏过滤介质60内的过滤层，并允许使用酸或其他反应流体移除滤饼。
在一个实施例中，过滤介质60的外层中可灌注有反应物质。例如，在安装期间，反应物质可填充过滤介质60的外层中的空隙。优选地，反应物质可在暴露于地下井环境时降解。更优选地，反应物质当暴露于井中的高温水时降解。最优选地，提供如美国专利第7,036,587号所描述的反应物质，在此就各方面而言通过援引并入该美国专利。
在某些实施例中，反应物质包括可降解聚合物。根据本发明可使用的合适的可降解聚合物的示例包括：多糖，如葡聚糖或纤维素；甲壳质；壳聚糖、蛋白质；脂肪族聚酯；聚(丙交酯)；聚(乙交酯)；聚(ε-己内酯)(poly(ε-caprolactones))；聚(酐)；聚(羟基丁酸盐)；脂肪族聚碳酸酯、聚(原酸酯)；聚(氨基酸)；聚(环氧乙烷)和聚磷腈。在这些合适的聚合物中，脂肪族聚酯例如聚(丙交酯)或聚(乳酸)和聚酐是优选的。
反应物质可在出现含水合的(hydrated)有机或无机化合物固体时降解，上述水合的有机或无机化合物固体可包含在防砂筛管组件40中，因此当安装筛管时井中有水源。可替换地，可在防砂筛管组件40被运送到井中之后，例如通过将水源向下通到井中而将另一水源送到反应物质，或者将地层水用作水源。
接下来参考图8A-图8B，其中描述了体现本发明的原理并总体用附图标记“140”表示的防砂筛管组件中使用的可径向延伸的过滤构件的侧视图和前视图(部分剖视图)。可径向延伸的过滤构件140包括缸142，缸142通过例如那些在此讨论的合适技术附接到基管。可径向伸缩的活塞144可滑动地置于缸142内。过滤挡板146附接到活塞144的外表面。过滤挡板146支撑过滤介质148。过滤介质148可包括机械滤筛元件，例如在此讨论的那些机械滤筛元件。如上所述，与进入相对小的进入点的开采量相比，过滤介质148提供的大界面接触面积减少了与进入井眼的开采量关联的局部下降。通过过滤介质148和地层的界面接触面积与可径向延伸的过滤构件148的流体排放面积之间相对大的比值，强化了这一益处。通过为经过可径向延伸的过滤构件148的流体提供相对窄的或限制性的出口路径能够实现大比值。通过将流体流量控制装置150定位在过滤介质148的出口路径内，例如示出的缸142或活塞144内，可优化比值。在这个实施例中，利用流体流量控制装置150，通过可径向延伸的过滤构件148来控制开采率。例如，流体流量控制装置150可采用流入控制装置的形式，例如喷嘴、流量管、节流孔或其他限流器。
可替换地，根据期望的操作，流体流量控制装置150可采用许多其他形式。例如，可能期望暂时阻止流体流经可径向延伸的过滤构件148。在这种情况下，流体流量控制装置150可以是由砂、盐、蜡、铝、锌或类似材料构成的可溶解的塞子、可移除的塞子或可剪切的塞子，或者可以是压力激活的装置例如爆破片(burst disk)。作为另一实施例，可能期望在包括可径向延伸的过滤构件148的防砂筛管组件内进行高压操作期间，阻止进入地层的流体损失，在这种情况下，流体流量控制装置150可以是单向阀或止回阀。作为又一示例，可能期望控制进入包括可径向延伸的过滤构件148的防砂筛管组件的流体的类型，在这种情况下，流体流量控制装置150可以是开采控制装置，例如响应于接触不期望的流体(例如水)而关闭的阀。这种阀可被可溶胀材料(包括那些以上讨论的可溶胀材料、有机纤维、渗透单元(osmotic cell)或类似材料)激活。
接下来参考图9A，其中描述了体现本发明的原理并总体用附图标记“160”表示的处在行进形态的防砂筛管组件。防砂筛管组件160包括基管162和内套筒164，内套管164包括多个开口166并限定内部流路168。基管162具有多个开口170。可溶胀材料层172位于基管162周围。可溶胀材料层172通过粘合或其他合适技术附接到基管162。防砂筛管组件160包括多个可径向延伸的过滤构件174，这些可径向延伸的过滤构件174按在此描述的方式构造和操作，并在多个纵向位置围绕可溶胀材料层172周向分布。如上所述，可溶胀材料层172激活时，使得可延伸的过滤构件174接触井眼176，如在图9B中最佳地看到的。
一对流体流量控制装置178、180布置在基管162与套筒164之间。如上所述，根据期望的操作，流体流量控制装置178、180可采用许多形式，包括可溶解的塞子、可移除的塞子或可剪切的塞子、爆破片、单向阀、止回阀、喷嘴、流量管、节流孔或其他限流器、响应于接触不期望的流体而关闭的阀等等的任意组合。在这个实施例中，通过多个可径向延伸的过滤构件174的开采物在基管162与套筒164之间限定的公共环形腔或者说歧管182中混合。这提供了均匀的生产压差(draw down)施加在防砂筛管组件160的整个长度和周向上的益处。如果期望有不受限制的流动，则在某些实施例中，套筒164是可通过机械或化学工具移除的。
额外地或替换性地，滑动套筒(未示出)可操作地与套筒164和开口166相连。滑动套筒可布置在套筒164之内，处于内部流路168的内部，或者可优选布置在套筒164之外，处于环形腔182的内部。滑动套筒可具有打开位置和闭合位置，其中打开位置允许流体流经开口166，闭合位置则阻止流体流经开口166。另外，滑动套筒的位置可平滑调整，使得滑动套筒可提供阻止功能。滑动套筒可机械式地、电子式地、液力式地或通过其他合适的工具来操作。
参考图10A，其中描述了体现本发明的原理并总体用附图标记“190”表示的处在行进形态的防砂筛管组件的剖视图。防砂筛管组件190包括限定内部流路194的基管192。基管192具有多个开口196，每个开口196具有与之相连的可径向延伸的过滤构件198。优选地，可径向延伸的过滤构件198围绕防砂筛管组件190周向和纵向分布，以便为从地层到基管192的内部流路194的开采流体提供多个基本径直的通路。
每个可径向延伸的过滤构件198包括缸200，缸200通过螺接、焊接、摩擦配合或其他合适技术附接到基管192。可径向伸缩的活塞202可滑动地置于缸200内。过滤挡板204附接到活塞202的外表面。过滤挡板204支撑外过滤构件206。如示出的，外过滤构件206是机械滤筛元件，例如为编织金属丝网或纤维丝网。另外，第二滤筛元件208布置在活塞202内，第二滤筛元件208例如为预充填的或树脂覆膜砂的金属球或金属珠或陶瓷球或陶瓷珠，这些金属球或金属珠或陶瓷球或陶瓷珠可烧结或未烧结或经类似处理。可径向延伸的过滤构件198还包括流体流量控制装置210。在这个不包括可溶胀材料层的实施例中，防砂筛管组件190的内部流路194内的压力被优选用来使可径向延伸的过滤构件198从其行进位置移动到其操作位置，如在图10B中最佳对看到的。因此，流体流量控制装置210优选为可溶解的塞子、可移除的塞子或可剪切的塞子、爆破片、单向阀、止回阀或其他装置中的一种，所述其他装置将允许内部流路194加压并且还将允许开采流体从地层通过流体流量控制装置210进入内部流路194。
参考图11A，其中描述了体现本发明的原理并总体用附图标记“220”表示的处在行进形态的防砂筛管组件的剖视图。防砂筛管组件220包括限定内部流路224的基管222。基管222具有多个开口226，每个开口226具有与之相连的可径向延伸的过滤构件228。优选地，可径向延伸的过滤构件228围绕防砂筛管组件220周向和纵向分布，以便为开采流体从地层到基管222的内部流路224提供多个基本径直的通路。
每个可径向延伸的过滤构件228包括缸230，缸230通过螺接、焊接、摩擦配合或其他合适技术附接到基管222。可径向伸缩的活塞232可滑动地置于缸230内。纵向延伸的穿孔管状构件234附接到每个活塞232的外表面。滤筛元件236布置在管状构件234内，滤筛元件236例如为预充填的或树脂覆膜砂的金属球或金属珠或陶瓷球或陶瓷珠，这些金属球或金属珠或陶瓷球或陶瓷珠可烧结或未烧结或经类似处理。可径向延伸的过滤构件228包括一对流体流量控制装置238。因为这个实施例不包括可溶胀材料层，所以优选利用防砂筛管组件220的内部流路224内的压力来使可径向延伸的过滤构件228从其行进位置移动到其操作位置，如在图11B中最佳地看到的。因此，流体流量控制装置238优选为可溶解的塞子、可移除的塞子或可剪切的塞子、爆破片、单向阀、止回阀或其他装置中的一种，所述其他装置将允许内部流路224加压并且还将允许开采流体从地层通过流体流量控制装置238进入内部流路224。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是不希望在限制意义上解释本说明书。参考本说明书，示例性实施例以及本发明的其他实施例的各种更改和组合对本领域技术人员而言将是明显的。因此，希望所附权利要求涵盖任何这种更改或实施例。
Claims (37)
1.一种可操作地置于井眼内的防砂筛管组件，所述防砂筛管组件包括：
基管，具有多个开口，并具有内部流路，所述多个开口在所述基管的侧壁部中周向和纵向分布；以及
多个可径向延伸的过滤构件，所述多个可径向延伸的过滤构件周向和纵向分布，每个可径向延伸的过滤构件可操作地与所述基管的至少一个所述开口相连，所述可径向延伸的过滤构件的周向尺寸小于所述可径向延伸的过滤构件的纵向尺寸；
其中，所述可径向延伸的过滤构件具有径向缩回的行进形态和径向延伸的操作形态。
2.如权利要求1所述的防砂筛管组件，还包括：可溶胀材料层，布置在所述基管与所述可径向延伸的过滤构件的至少一部分之间，由此响应于接触活化流体，所述可溶胀材料层的径向扩张引起所述可径向延伸的过滤构件从其行进形态操作到其操作形态。
3.如权利要求2所述的防砂筛管组件，其中所述活化流体为烃流体、水和气中的至少一种。
4.如权利要求1所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件还包括缸和可径向伸缩的活塞，所述缸联结到所述基管，所述可径向伸缩的活塞可滑动地容置在所述缸内。
5.如权利要求4所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件还包括过滤挡板和过滤介质。
6.如权利要求4所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件还包括穿孔管。
7.如权利要求1所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件的周向尺寸与纵向尺寸之比至少为1比2。
8.如权利要求1所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件的周向尺寸与纵向尺寸之比在约1比2与约1比10之间。
9.如权利要求1所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件的周向尺寸与纵向尺寸之比在约1比10与约1比30之间。
10.如权利要求1所述的防砂筛管组件，还包括：流体流量控制装置，可操作地与每个所述可径向延伸的过滤构件相连。
11.如权利要求1所述的防砂筛管组件，还包括：流体流量控制装置，可操作地与多个所述可径向延伸的过滤构件相连。
12.如权利要求1所述的防砂筛管组件，其中过滤介质与所述可径向延伸的过滤构件相连，所述过滤介质包括单层丝网式筛管、多层丝网式筛管、绕丝筛管、预充填筛管、陶瓷筛管、流体多孔的抗颗粒的烧结的金属丝网式筛管和流体多孔的抗颗粒的扩散粘合的金属丝网式筛管中的至少一种。
13.如权利要求1所述的防砂筛管组件，其中，在所述径向延伸的操作形态下，所述可径向延伸的过滤构件接触所述井眼。
14.一种可操作地置于井眼内的防砂筛管组件，所述防砂筛管组件包括：
基管，具有多个开口，并具有内部流路，所述多个开口在所述基管的侧壁部中周向和纵向分布；
多个可径向延伸的过滤构件，所述多个可径向延伸的过滤构件周向和纵向分布，每个可径向延伸的过滤构件可操作地与所述基管的至少一个所述开口相连，所述可径向延伸的过滤构件的周向尺寸小于所述可径向延伸的过滤构件的纵向尺寸；以及
可溶胀材料层，布置在所述基管外；
其中，响应于接触活化流体，所述可溶胀材料层的径向扩张引起所述可径向延伸的过滤构件的至少一部分朝向所述井眼的表面移位。
15.如权利要求14所述的防砂筛管组件，其中所述活化流体是烃流体、水和气中的至少一种。
16.如权利要求14所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件的周向尺寸与纵向尺寸之比至少为1比2。
17.如权利要求14所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件的周向尺寸与纵向尺寸之比在约1比2到约1比10之间。
18.如权利要求14所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件的周向尺寸与纵向尺寸之比在约1比10与约1比30之间。
19.如权利要求14所述的防砂筛管组件，还包括：流体流量控制装置，可操作地与每个所述可径向延伸的过滤构件相连。
20.如权利要求14所述的防砂筛管组件，还包括：流体流量控制装置，可操作地与多个所述可径向延伸的过滤构件相连。
21.如权利要求14所述的防砂筛管组件，其中过滤介质与所述可径向延伸的过滤构件相连，所述过滤介质包括单层丝网式筛管、多层丝网式筛管、绕丝筛管、预充填筛管、陶瓷筛管、流体多孔的抗颗粒的烧结的金属丝网式筛管和流体多孔的抗颗粒的扩散粘合的金属丝网式筛管中的至少一种。
22.如权利要求14所述的防砂筛管组件，其中，响应于接触活化流体，所述可溶胀材料层的径向扩张引起所述可径向延伸的过滤构件的至少一部分接触所述井眼。
23.一种在井眼中安装防砂筛管组件的方法，所述方法包括：
使所述防砂筛管组件行进至所述井眼内的目标位置，所述防砂筛管组件包括多个可径向延伸的过滤构件，所述多个可径向延伸的过滤构件周向和纵向分布，每个所述可径向延伸的过滤构件可操作地与基管的至少一个开口相连，所述可径向延伸的过滤构件的周向尺寸小于所述可径向延伸的过滤构件的纵向尺寸；以及
将所述可径向延伸的过滤构件从径向缩回的行进形态操作到径向延伸的操作形态。
24.如权利要求23所述的方法，其中将所述可径向延伸的过滤构件从径向缩回的行进形态操作到径向延伸的操作形态的所述步骤还包括：响应于接触活化流体，布置在所述基管周围的可溶胀材料层径向扩张。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述可径向延伸的过滤构件从径向缩回的行进形态操作到径向延伸的操作形态的所述步骤还包括，使所述可径向延伸的过滤构件的至少一部分接触所述井眼。
26.一种可操作地置于井眼内的防砂筛管组件，所述防砂筛管组件包括：
第一管，具有多个开口，所述多个开口位于所述第一管的侧壁部中；
第二管，布置在所述第一管内，所述第二管与所述第一管之间形成一腔，所述第二管具有位于所述第二管的侧壁部中的至少一个开口并具有内部流路；
多个可径向延伸的过滤构件，每个可径向延伸的过滤构件可操作地与所述第一管的至少一个开口相连；以及
可溶胀材料层，布置在所述第一管外；
其中，响应于接触活化流体，所述可溶胀材料层的径向扩张引起所述可径向延伸的过滤构件的至少一部分朝向所述井眼的表面移位。
27.如权利要求26所述的防砂筛管组件，其中所述活化流体为烃流体、水和气中的至少一种。
28.如权利要求26所述的防砂筛管组件，其中在所述第一管与第二管之间形成的所述腔是环形腔。
29.如权利要求26所述的防砂筛管组件，还包括：流体流量控制装置，布置在形成于所述第一管与第二管之间的所述腔中。
30.如权利要求29所述的防砂筛管组件，其中所述流体流量控制装置选自可溶解的塞子、可移除的塞子、可剪切的塞子、爆破片、单向阀、止回阀、喷嘴、流量管、节流孔、限流器和响应于接触不期望的流体而关闭的阀。
31.如权利要求26所述的防砂筛管组件，还包括：一对流体流量控制装置，串联布置在形成于所述第一个与第二管之间的所述腔内。
32.如权利要求31所述的防砂筛管组件，其中每个所述流体流量控制装置选自可溶解的塞子、可移除的塞子、可剪切的塞子、爆破片、单向阀、止回阀、喷嘴、流量管、节流孔、限流器和响应于接触不期望的流体而关闭的阀。
33.如权利要求26所述的防砂筛管组件，其中与所述可径向延伸的过滤构件相连的过滤介质包括单层丝网式筛管、多层丝网式筛管、绕丝筛管、预充填筛管、陶瓷筛管、流体多孔的抗颗粒的烧结的金属丝网式筛管和流体多孔的抗颗粒的扩散粘合的金属丝网式筛管中的至少一种。
34.如权利要求26所述的防砂筛管组件，其中，响应于接触所述活化流体，所述可溶胀材料层的径向扩张引起所述可径向延伸的过滤构件的至少一部分接触所述井眼。
35.如权利要求26所述的防砂筛管组件，其中所述第二管是可移除的。
36.如权利要求26所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件围绕所述第一管周向和纵向分布。
37.如权利要求26所述的防砂筛管组件，其中所述可径向延伸的过滤构件的周向尺寸小于所述可径向延伸的过滤构件的纵向尺寸。
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