CN102155193A - 井滤网 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种井滤网(10)，其在保护层(15)和过滤介质(13)之间具有一层外部支撑层(14)。还提出了一种井滤网(10)的制造方法，包括用末端开口的圆柱过滤介质(13)拉伸覆盖井滤网(10)的底层(12)。此外，提出了一种采用串联电阻焊焊接构成井滤网(10)的层中焊缝的方法。

Description

井滤网

本申请是申请号为200480022878.X，申请日为2004年6月16日，发明名称为“井滤网”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于过滤从井中抽出的流体的井滤网(wellscreen)，以及该井滤网的一种制造方法。

背景技术

为了从地下井中抽出诸如油、气或水的流体需要在地下铺设输送管。通过井中的自然压力、地面上的泵，或用其它流体置换该流体(例如用水置换油)，该流体经由输送管被压向地表。这样一个过程包括高加压流体流入管中，而不可避免地带有砂、石和其它杂质的碎屑，这种碎屑会侵蚀钻井机械。因此，在实践中通常在输送管的浸没口(submerged opening)上提供一个过滤组件，公知的为一个井滤网，以从固体中分离流体。

井滤网的一种可用设计，首先包括一段公知为基管的多孔管。输送管在其浸没端与基管相连。基管侧面的穿孔使得流体进入输送管。通常，受到实际和效率约束，期望基管的直径尽可能地大。

基管基本上装在外层滤网内，外层滤网过滤流入基管的流体。过滤介质层具有细小的开口，从而具有很大比例的开口面积。一些类型的过滤介质容易损坏，因为它们是用细金属线编织而成，这些细金属丝易被大流量流体流动时所携带的杂质侵蚀。它们还易被堵塞，从而导致局部区域堵塞，最终完全堵塞。

通常，过滤介质紧密地围绕基管缠绕。但是，现有技术中也提出了在基管和过滤介质之间具有间隙，如US 2002/0038707中所公开的，以允许流体流过过滤介质上堵塞的区域，然后通过附近未堵塞的区域进入基管。

为了提高井滤网的效率和使用寿命，已经提出了很多发明。例如，US 5,611,399涉及制造一种过滤材料不采用焊接的过滤组件，因为这种焊缝会造成强度变弱的区域。公开了一种带孔的基管，其上装有一个粗滤网，该粗滤网带有一系列纵向延伸的支撑部件，这些支撑部件用缠绕金属丝扎在一起，该金属丝可以是一系列环。粗滤网上布置有一个由卷边固定的精滤网。一个穿孔外层保护罩覆盖着精滤网，作为保护滤网。为了将这些部件压制并固定在端盖上，使这些滤网穿过一个模子(die)。

US 6,305,468对US 5,611,399提出了改进，并且也涉及制造一种过滤材料不采用焊接的过滤组件，这种焊接会造成强度变弱的区域。其中固定过滤材料的方法与US 5,611,399不同，而外层保护罩也穿过模子，后一种设计所要求保护的优点在于，部件的紧密性，尤其是外层保护罩和过滤材料，使得过滤组件比现有设计(例如美国专利US5,611,399)中的构造能承受大得多的压差。

US 6,158,507公开了一种具有两层过滤层和一个外层保护罩34的基于杆的滤网。US 4,314,129中公开了基于杆的滤网的制作方法。

US 4,314,129使用电阻焊技术，以沿着纵向杆的分布圆周固定螺旋绕杆(spirally wound rod)，纵向杆与基管的长度方向平行。

上述美国专利申请2002/0038707进一步公开了一种用于在滤网和基管之间形成间隔的螺旋缠绕线，从而在过滤介质和基管之间保持一定间隙。在将过滤介质压向基管时，该间隙防止在基管表面上形成堵塞。

US 5,782,299和US 6,109,349公开了一个过滤层和一个保护滤网，它们可以布置在过滤器内部或外部。反过来，保护滤网由两层彼此相连的穿孔不锈钢组成。这些不锈钢层相对较薄(0.02英寸至0.13英寸)，所以相对而言，具有较小的结构刚度。这两层的穿孔以这样的方式偏移，即进入过滤组件的流体不能直接流入，从而可以减小流到精滤网上杂质和流体的冲击压力。这种偏移意味着减少直接流向过滤介质上流体的直接冲击。

US 5,849,188公开了一种穿孔管，其具有一层紧密地缠在该管上的内部护套，一层编织金属网和一层保护套。编织网层公知为一种斜纹荷兰织网层(twilled Dutch weave)，从而即使杂质堆积在网表面上时，网孔也不会堵塞。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的井滤网，和/或向公众提供一种可用的选择。

概括地说，本发明公开了一种井滤网，其可以承受外部保护滤网的破坏，其中过滤介质和保护滤网之间的间隙由外部支撑层保持。该间隙确保过滤介质的整个表面上存在流动通道，和穿过过滤介质的流动通道。本发明还提出在固定到合适位置前，缠绕基管的预焊接网的使用。本发明还提出串联电阻焊技术的使用，其中电极彼此相邻地布置在要焊接的同一表面上，而不是布置在相反侧。这种技术使得能焊接平板的侧面以形成圆柱，而避免了将一个电极布置在圆柱内部、一个电极布置在圆柱外部的难度。

根据本发明的第一方面，提供了一种井滤网，包括一层过滤层，一层环绕过滤层的外部支撑层，及一层环绕外部支撑层的保护层；其中外部支撑层布置成使保护层与过滤层间隔开，并阻止保护层向着过滤层破损。

根据本发明的第二方面，提供了一种在井滤网中形成支撑层的方法，包括下列步骤：提供一个预制网格(mesh)，使该网格缠绕井滤网的至少一个下层部，然后将该网格的纵向边缘连接在一起。

根据本发明的第三方面，提供了一种为形成井滤网过滤层的方法，包括下列步骤：在中空圆柱形内部形成一片编织网格，然后通过电阻焊将该片网格的纵向边缘焊接在一起。

根据本发明的第四方面，提供了一种井滤网，其包括基管；内部支撑层；覆盖内部支撑层的过滤层；环绕过滤层的外部支撑层；以及环绕外部支撑层的保护层。

根据本发明的第五方面，提供了一种井滤网，其包括：一层过滤层；一层外部支撑层，其为过滤层提供了一个笼，和/或刚度大于过滤层；以及一层环绕外部支撑层的保护层。

附图说明

下面将说明本发明的优选特征，其中仅为了说明目的，参考附图：

图1表示根据本发明一个实施例的井滤网的局部剖视透视图。

图2表示本发明一种方法的实施例，其说明了采用串联电阻焊技术焊接如图1中所示井滤网的过滤网的方法。

图3表示从井滤网的纵向侧面观察图2的方法。

图4表示一种将两个如图2和图3中的过滤网孔的端部焊接在一起的方法。

图5表示从井滤网的纵向侧面观察图3的方法。

具体实施方式

图1表示根据本发明一个实施例的井滤网10的一端，包括基管11，成为内部支撑层12的圆柱网，成为过滤介质13的圆柱网，成为外部支撑层14的圆柱网，成为保护层15的圆柱预制金属片，及焊接环16。图1中仅表示了井滤网的一端，井滤网10的另一端与图示相同。

基管11具有孔111，流体可以通过该孔流入轴向布置的输送管(图中未表示)。孔111在管11的侧面上占据15％-30％的总开口面积，工业标准通常使该管具有2.375″至7″的外径。

内部支撑层12优选地由正交布置的金属杆彼此焊接在一起所形成的网格来构成。该网格预先制成一片平片，并切割成一定的尺寸，然后环绕基管11缠绕并拉紧，通常使用一些带式扳手，这些带式扳手具有带紧固机构的弹性材料带，其可以环绕该网格缠绕，然后拉紧，使得该网格环绕基管拉紧。网格片的两个纵向侧彼此焊接在一起，以形成紧密包围基管11的圆柱网12。从而网12提供了一个刚性框架结构，其在过滤介质13和基管11的外径112之间确保一定的间隙。该间隙提高了流过过滤介质13的分布。所采用的焊接技术优选地采用串联电阻焊。

过滤介质13通常包括两下层金属网(图中未表示)，它们烧结在一起以形成一个坚固的单一粘合层，该粘合层提供了精滤功能。金属网的每一下层都是商业上可以获得的材料。所采用的材料可以是不锈钢，例如Grade 316或Alloy 20。这些网的品质由一些国际标准控制，例如，“平纹方孔织网(plain square weave)”，“平纹荷兰织网”，“斜纹荷兰织网”等。过滤介质13在被拉到基管11和内部支撑层12上之前从平片过滤介质形成为圆柱过滤介质。

外下层的规格(即金属线之间开口的尺寸)基于井中所含杂质的期望尺寸的分布情况确定。由于需要较细的金属丝尺寸和较大的开口(大约80微米至300微米)，因此该外下层对于其在压力井中必须承受的给定应力，相对较密。因此，一种提高外下层强度的常用技术是通过烧结一层或多层下面的网格来提供机械支撑。编织网格的内下层用直径更大的金属线制成，从而金属线之间具有更大的开孔。通过在特定的压力下将这两下层压在一起，并将温度升高到刚低于熔点，将这两下层烧结在一起。产生的烧结过滤介质13既具有外下层网的过滤性能，又具有两下层结合所提供的强度。然后将该烧结过滤介质13卷制成圆柱形，长度通常为1200mm。用电阻焊将重叠的侧部焊在一起以形成纵向焊缝。

在该实施例中采用的电阻焊技术优选地为串联电阻焊，其解决了电极布置在圆柱形结构内部的问题。相比于其它焊接和连接技术，电阻焊的连续运用提供了显著的成本降低和一致的焊接质量。

当期望两个或更多圆柱形过滤介质13彼此相联，以形成一个更长的单独过滤介质13时，用相同的串联焊接技术将过滤介质13的端部与端部沿着圆周焊接在一起。

通过材料、结构或两者同时选择，外部支撑层14优选地比过滤介质13具有更大的刚度，且其优选地由用正交布置的杆焊接在一起所形成的网格来制成。外部支撑层14确保了过滤介质13和保护层15之间适当的间隔距离，优选为2.5mm至3mm，从而提高了流过过滤介质13的分布。首先通过下文所述的带式扳手相对于内部支撑层，将外部支撑层环绕过滤介质13(自然地，包括过滤介质13下的所有层)拉紧。如果网格是金属的，则通过电阻焊将外部支撑层14的两个相邻轴向边缘沿着它们的纵向接头和周向接头焊接在一起，以形成刚性框架结构。该框架结构防止保护层15与过滤层13直接接触。在由于压力流体流动的压力或在井滤网下降过程中与井钻孔壁碰撞保护层15发生破损或变形的情况下，保护层15和过滤介质13之间的间隙将由外部支撑层14维持。这样，通过保持穿过过滤介质13的不受阻碍的流动通道，其不会被保护层15和过滤介质12之间的接触所堵塞，沿着过滤介质的流动特性扰动降到最低。与现有技术相比，外部支撑层14还在井滤网中提供了更大的机械强度，且特别地由于外部支撑层14形成一个封闭过滤介质的焊接“笼”，以稳固地环绕内部支撑层12和基管11以固定过滤介质，因而提供了相对高的阻力以提高背压，从而提供较高的爆破强度。

第一实施例的保护层15，其通常通过将平片焊接成螺旋形的管而制成，避开外部支撑层14。通常，其具有直径为1/4″至1/2″的穿孔151，孔151具有15％-30％的开口面积，流体可以通过孔151流动。

焊接环16用于将内部支撑层12、过滤介质13、外部支撑层14和保护层15连接到基管11。因此所有层的端部都是密封的，从而流入基管11的流体必然流过所有的层，而不是环绕端部。井滤网10两端上都有焊接环16，且其焊接到井滤网部件上。沿着一个长基管可以具有多个井滤网，在这种情况中每一个井滤网将仍然具有两个焊接环。

图2表示一种公知为串联电阻焊的电阻焊技术的侧视图，如果材料是金属的，则该电阻焊用于将井滤网的各层焊接成圆柱形。例如，形成过滤介质13的平片首先被卷制成圆柱形，然后被置于缝焊卡具中，沿着圆柱形长度的过滤介质片侧面在区域24中重叠。重叠量为技术参数，大约为5mm。焊缝由支撑部件23支撑，电极21压靠支撑部件23。支撑部件23的尺寸可以制成使其直径小于或等于圆柱形产品的内径。支撑部件23可以由任何材料制成，例如聚合物或金属，但通常是铜。

电极21(如图3中所示，由电极31a，31b组成)并排布置，而不是布置于重叠24的相反侧(如常用电阻焊技术中那样)，但电极21互相不接触以防止短路。

图3表示从过滤网格13的纵向侧观察该串联电阻焊过程。电流从一个与重叠网材料24外部片相接触的电极31a流入，通过网格材料，然后流入另一个也与重叠24相同外部片接触的电极31b。重叠24下面的支撑部件23使得电极压靠重叠24。通常，串联电阻焊每次焊接4mm的长度。过滤介质322圆柱的纵向焊缝通过在重叠24上串联电阻焊点沿着圆柱形滤网22的全部长度重复形成。主要由焊接过程中施加的压力使焊缝变平。

过滤介质12圆柱的长度通常为4′。如果需要更大的长度，则可以将多个圆柱首尾相连在一起，即通过将多个圆柱首尾相连排列成一个长圆柱，然后用电阻焊将它们焊接在一起。图4从纵向表示了如何将两个过滤介质连接在一起。将两个圆柱过滤网42a、42b中的一个铆入另一个，从而形成重叠42c。电极21将两个圆柱的重叠42c压在内部支撑部件23上。参考图5，截面图表示了两层过滤网42a、42b通过支撑部件23支撑在圆柱内部，且当通过重叠层42c传递电流时，电极21压在层42a、42b上。

多个圆柱焊接网最后形成一个长圆柱，而组合圆柱的两端也通过焊接连接到焊接环上。

尽管该实施例提供了一个井滤网，其由如图中所示的部件组成，但还可以设想其它实施例。例如，替代形成外部支撑层14的金属丝，还可以用其它可以在保护层15和过滤介质13之间提供间隙的材料，例如坚固的聚合物，其可以用与上文说明相似的方式缠绕管，并用任何合适的方法固定，例如粘合剂。代替平焊接网，也可以采用其它在保护层和过滤介质之间维持间隙的结构。例如，可以采用两片具有多个开口的薄片，薄片之间夹着一些隔圈，或者可以采用一片单独的薄片，其在开口之间布置由一些放射状突起，在这两种情况下，柱/突起布置成连接每一薄片上开口之间孤立的区域。作为替代方式，可以采用分布在过滤介质圆周上，并沿着过滤介质13长度焊接的平行杆；或一些环分布并加强(焊接)在过滤介质13上；或一根较粗的金属线环绕过滤介质圆周并沿着其长度紧密地螺旋缠绕；或一层压花轮廓及穿孔层。

外部支撑层的第二个目的是在背压从基管内部向外推过滤介质时，为过滤介质13提供一个坚固的结构支撑。这样确保了本发明的过滤介质与传统井滤网中的过滤介质相比，具有更长的寿命周期。

电阻焊技术在井滤网制造中的运用保持了网的完整性，并且比那些通常用于井滤网制造的焊接技术在圆柱层中提供了更加一致的焊缝，例如惰性气体保护钨极电弧焊(TIG welding)，其往往会损坏滤网并留下在油井中剪切流的作用下会破裂的弱点。

尽管根据本发明的井滤网主要用于油井，但该井滤网也适用于其它流体井，例如天然气和水等。

Claims (10)

1.一种井滤网包括：

一层过滤层；

一层环绕过滤层的外部支撑层；及

一层环绕外部支撑层的保护层；其中

该外部支撑层布置成使保护层与过滤层间隔开，并阻止保护层向着过滤层破损。

2.如权利要求1所述的井滤网，其中外部支撑层是框架网。

3.如权利要求1所述的井滤网，还包括一层被过滤层覆盖的内部支撑层。

4.如权利要求3所述的井滤网，其中内部支撑层是框架网。

5.一种井滤网包括：

一层过滤层；

一层环绕过滤层的框架层；及

一层环绕框架层的保护层；其中

该框架层布置成使保护层与过滤层间隔开。

6.一种在井滤网中形成支撑层的方法，包括下列步骤：

提供一个预制网；

使该网缠绕井滤网的至少一个下层部件；以及

将该网的纵向边缘连接在一起。

7.如权利要求6所述的在井滤网中形成支撑层的方法，其中支撑层被一层过滤层包绕。

8.如权利要求6所述的在井滤网中形成支撑层的方法，其中支撑层包围着一层过滤层。

9.一种井滤网包括：

一个基管；

一层内部支撑层；

一层过滤层覆盖该内部过滤层；

一层外部支撑层包围该过滤层；及

一层环绕外部支撑层的保护层。

10.一种井滤网包括：

一层过滤层；

一层外部支撑层，其为过滤层提供了一个笼，和/或其刚度大于过滤层；及

一层环绕外部支撑层的保护层。

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