CN102365421B - 具有多隔距线缠绕层的井管滤网组件 - Google Patents

Abstract

井管滤网组件(12)包括长形的基部管(160)和线缠绕层(130)。线缠绕层包括围绕支撑肋(105)缠绕的线(135)。线缠绕层具有以第一隔距缠绕的轴向端部节段(305)和以较大的第二隔距缠绕的中间节段(310)。筛网层被设置为围绕线缠绕层。外套罩(195)被设置为围绕筛网层，外套罩被密封至线缠绕层。

Description

具有多隔距线缠绕层的井管滤网组件

相关申请的引用

本申请要求于2009年4月8日提交的美国专利申请第12/420,514号的优先权的权益，其的整个内容被并入本文。

技术领域

本说明书涉及用于地下钻井孔的井管滤网组件。

背景技术

几个世纪以来，已实现钻井来抽取油、天然气、水和其他的来自地层的流体。在抽取流体时，生产套管被设置在钻井孔中，加强钻井孔的结构完整性并且辅助从井提取流体。为了允许流体流入生产套管中，经常在套管与井的生产区域相对应的节段中的油管柱中设置孔。虽然穿孔允许期望的流体从地层进入，但是这些穿孔还可能允许不想要的材料在生产期间从周围的地基流入井中。碎石，例如地层砂子和其他的颗粒，可能与地层流体共同落入或被扫入管路中，污染被回收的流体。砂子和其他的颗粒不仅污染被回收的流体，这些颗粒还可能导致对于井操作者的许多另外的问题。例如，当颗粒流过生产设备时，其逐渐地腐蚀设备。不想要的颗粒可能阻挡流动通路、在室中积聚以及磨损部件。修理和更换被流入的颗粒破坏的生产设备可能是成本极高并且极耗费时间的，特别是对于有时被定位在地表下几千英尺处的井下设备来说。因此，为了防止颗粒进入生产设备，并且同时维持足够的流体流动路径，各种生产过滤器和过滤方法已经被开发和采用，包括砾石填塞和井管滤网组件。

许多井管滤网过滤设计已经被采用。井管滤网组件是被安装在井中的具有一个或多个层的滤网，其能够过滤抵抗具有指定尺寸和更大尺寸的颗粒通过，这些颗粒例如为来自周围的砾石填塞的砂子、岩屑和砾石。井管滤网的具体设计可以将可能要遇到的地层的类型以及井类型考虑在内。

发明内容

一个方面包括井管滤网组件，该井管滤网组件具有长形的基部管和线缠绕层，线缠绕层具有围绕基部管缠绕的线。线缠绕层具有以第一隔距缠绕的轴向端部节段和以较大的第二隔距缠绕的中间节段。筛网层被设置为围绕线缠绕层。外套罩被设置为围绕筛网过滤层，外套罩被密封至线缠绕层。

一个方面包括井管滤网组件，该井管滤网组件具有线和多个支撑肋，线围绕支撑肋盘绕并且被结合至支撑肋。在线盘绕物的端部节段中毗邻的盘绕物绕组之间的间隔可操作成过滤抵抗具有指定尺寸的颗粒通过，并且在线盘绕物的中间节段中毗邻的盘绕物绕组之间的间隔可操作成允许具有该指定尺寸的颗粒通过。

一个方面包括用于制造井管滤网组件的方法。在方法中，长形的基部管装配有包括被结合至纵向肋的线盘绕物的线缠绕滤网层。在盘绕物的第一节段中毗邻的盘绕物绕组以基本上零隔距来定位，并且在盘绕物线的第二节段中的盘绕物绕组以非零隔距来定位。至少一个筛网层被缠绕在线缠绕滤网层上，使得筛网层的纵向尺寸延伸成与至少第一盘绕物节段重叠。套罩层被设置在至少一个筛网层上。刚性套罩层的纵向尺寸延伸成与在至少一个筛网层的下层的至少第一盘绕物节段重叠。套罩层围绕着在至少一个筛网层和刚性套罩层的下层的第一盘绕物节段而皱缩，以将至少一个筛网层夹紧并密封在线缠绕滤网层和刚性套罩层之间。

根据本申请的一个方面，提供了一种井管滤网组件，包括：长形的基部管；线缠绕层，其包括围绕所述基部管缠绕的线，所述线缠绕层具有以第一隔距缠绕的两个轴向端部节段和以较大的第二隔距缠绕的中间节段；筛网层，其围绕所述线缠绕层；以及外套罩，其围绕所述筛网过滤层，所述外套罩被密封至所述线缠绕层。

根据本申请的另一方面，提供了一种井管滤网组件，包括：多个支撑肋；以及线，其围绕所述支撑肋盘绕并且被结合至所述支撑肋，形成线盘绕物，所述线盘绕物具有两个端部节段和位于所述两个端部节段之间的中间节段，每个端部节段中毗邻的盘绕物绕组之间的间隔能操作成过滤抵抗具有指定尺寸的颗粒通过，并且在所述线盘绕物的中间节段中毗邻的盘绕物绕组之间的间隔能操作成允许具有所述被指定尺寸的颗粒通过。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于制造井管滤网组件的方法，所述方法包括：用包括被结合至纵向肋的线盘绕物的线缠绕滤网层来装配长形的基部管，其中在所述线盘绕物的第一盘绕物节段中毗邻的盘绕物绕组以基本上零隔距来定位，在所述线盘绕物的第二盘绕物节段中的盘绕物绕组以非零隔距来定位，在所述线盘绕物的第三盘绕物节段中毗邻的盘绕物绕组被以基本上零隔距来定位，并且所述盘绕物的所述第二盘绕物节段被布置在所述第一盘绕物节段和所述第三盘绕物节段之间；将至少一个筛网层缠绕在所述线缠绕滤网层上，使得所述筛网层的纵向尺寸延伸成与至少所述第一盘绕物节段重叠；将套罩层设置在所述至少一个筛网层上，所述刚性套罩层的纵向尺寸延伸成与在所述至少一个筛网层的下层的至少所述第一盘绕物节段重叠；并且将所述套罩层围绕着在所述至少一个筛网层和所述刚性套罩层的下层的所述第一盘绕物节段而皱缩，以将所述至少一个筛网层夹紧并密封在所述线缠绕滤网层和所述刚性套罩层之间。

附图说明

图1是示例性的包括多个井管滤网组件的井系统的侧视横截面图。

图2A是示例性的线缠绕滤网和基部管的透视图。

图2B是在中间端截取的井管滤网组件的横截面图。

图3A是现有技术的井管滤网组件的端部的详细的侧视横截面图。

图3B是图3A的现有技术的井管滤网组件的端部的详细的侧视横截面图，其示出了颗粒渗漏路径。

图4是示例性的井管滤网组件的详细的侧视横截面图。

在各个附图中的相同的参考符号指示相同的元件。

具体实施方式

与用于从地下井抽取流体的基部管相结合来提供井管滤网组件的各种实施。井管滤网组件的某些实施采用改进的线缠绕滤网层设计。在采用线缠绕滤网层的多层井管滤网组件中，将附加层密封在线缠绕滤网层的顶部是困难的，因为线缠绕设计可能提供了差的用于附接后续层的基部。改进的线缠绕滤网层可在线缠绕层的第一纵向端部和/或第二纵向端部处采用紧密式缠绕物的节段——在某些情况下线是以基本上零隔距缝隙来缠绕，并且在层的其余节段中线以较大的隔距缠绕。这些紧密缠绕的节段有效地形成密实的圆柱节段。这些密实的节段可更易于通过结合（例如焊接、钎焊和/或其他方式）和皱缩来附接后续的井管滤网层，包括筛网层和外套罩层。此外，这些密实的节段还允许去除大井管滤网连接环的井管滤网设计，以及其他的可选择的用于将附加层固定于线缠绕层的技术，包括导致较高人工和材料成本的替代形式。

图1图示了示例性的包括多个井管滤网组件12的井系统10。井系统10显示为是水平井，具有在关注的地下区域24中偏离于水平或基本上水平的钻井孔14。壳体16胶接在钻井孔的竖直部分中，并且在表面20处连接到井头18。钻井孔14的其余部分是完全开放的洞（即不具有壳体）。生产套管22从井头18延伸，经过钻井孔14并进入关注的地下区域24中。生产封隔器26将环状物密封在生产套管22和壳体16之间。生产套管22进行从地下区域24向表面20生产流体（例如油、气体和/或其他流体）的操作。生产套管22包括一个或多个井管滤网组件12（示出两个）。在某些情况下，在生产套管22和钻井孔14的开放洞部分之间的环状物可被砾石和/或砂子填塞（为了简便下文称为砾石填塞26）。井管滤网组件12和砾石填塞26允许流体在生产套管22和地下区域24之间连通。砾石填塞26提供抵抗形成物的颗粒和较大的碎块向生产套管22通过的过滤的第一阶段。井管滤网组件提供过滤的第二阶段，并且被构型为过滤抵抗具有指定尺寸以及更大尺寸的颗粒进入到生产套管22中。

虽然显示为在水平井系统10的内容中，但是井管滤网组件12可以被设置在其他的井构型中，包括具有竖直的或基本上竖直的钻井孔的竖直井系统、具有多个偏离普通钻井孔的钻井孔的多侧向井系统、和/或其他的井系统。此外，虽然在生产情况中被描述，但是井管滤网组件12可以在其他情况中使用，包括注入、井处理和/或其他应用。

图2A图示了被构建为用于在例如井管滤网组件12的井管滤网组件中使用的线缠绕滤网130。线缠绕滤网130显示为被承载在有孔的基部管160上。线缠绕滤网130可以为后续的层提供被加强的结构层或基础层。线缠绕滤网130包括多个支撑物105，支撑物105在某些情况下是纵向线。另外的一根或多根外线135围绕着纵向支撑物螺旋地缠绕，并且被结合（例如在交叉点处被焊接、钎焊和/或以其他方式结合）至支撑物。外线135的绕组与纵向支撑物105交叉而形成管状栅格。虽然显示出多个基本上并联的纵向支撑物105沿着滤网130的长度轴向取向，但是支撑物105可以被不同地排列。例如，在某些情况下，支撑物105可以是以比螺旋状外线135小的节距的基本上的螺旋状。在图2A的实施例中，线缠绕滤网130的外周展示出基本上圆形的几何构形，但是也可以是其他的形状（例如多边形和/或其他形状）。在某些情况下，在毗邻的外线绕组（outer wire wraps）135之间的缝隙可以被控制为小于所选择的指定的缝隙，以支撑毗邻的层。

除了用作对其他层的支撑物之外，线缠绕滤网130能够实现在外线绕组135和下方的层（例如基部管160）之间的轴向的流体流动。支撑物105提供在外线绕组135和下方的层（在此处是基部管160）之间的基准距（缝隙165），允许流体在缝隙165内轴向地流动。轴向的流体流动促进了沿着下方的层和进入下方的层的更好的流体分布，例如经过基部管孔170进入基部管。在某些情况下，支撑物105可相对于被缠绕的外线135是低隔距的线（即更厚的）。较低隔距的线可以向线缠绕滤网提供轴向强度，以及在外线135和下方的层之间的增大的基准距。此外，外线135和/或支撑物105可以具有圆形的和/或非圆形的（三角形的、矩形的和/或其他形的）横截面。例如，在某些情况下，外线135具有三角形的横截面，其中三角形的一个尖向内取向，以减少颗粒在毗邻的绕组之间驻留的可能性。

在某些情况下，可能期望将附加层与一个或多个线缠绕滤网层共同使用。例如，如图2B中图示的，一个或多个筛网滤网层190可以被布置在线缠绕层130的上方。虽然未具体示出，但是一个或多个筛网滤网层190可以另外地或可选择地被布置在线缠绕层130的下方。筛网层190的筛网以与线缠绕滤网层130不同的方式来构建。筛网典型地由以相反的关系结合在一起的两个或多个阵列的并联线编织成和/或形成，而不是由具有被螺旋地缠绕并被结合至纵向支撑物的一个或多个线的多个纵向支撑物来构建。筛网经常被形成为平坦片材。在某些情况下，筛网层190具有16或更大的（例如16、18、20、22、30等等）每英寸目数，获得在筛网中小于具有指定尺寸和更大尺寸的颗粒的孔（并且因此过滤抵抗具有指定尺寸和更大尺寸的颗粒通过）。在某些情况下，筛网层190被选择用以过滤抵抗具有比将通过线缠绕滤网层的颗粒小的指定尺寸的颗粒通过。存在大量的滤网材料、纺织物以及各种孔的形状、尺寸、布局和型式，并且其都可以作为筛网层190而被并入。实际上，不同的筛网层类型、洞尺寸等可以被组合，以定制滤网组件的过滤特性。此外，虽然采用相对的高隔距线的线缠绕层130相对于较薄的筛网层190而言强度是相当高的，但是可能期望提供另外的保护性层，特别是在强度较弱的筛网层190被布置在线缠绕层130的顶部上的情况下。例如，保护性套罩层195可以被提供，其更能够承受住伴随组件向下伸入长钻井孔的安装所引起的磨动和摩擦。在某些情况下，套罩层195是有孔的管路，具有比被筛网层190过滤抵抗通过的颗粒的指定尺寸大（典型地，大得多）的孔。

再次参照图2A，线缠绕滤网130可以具有这样的两个或多个节段，这两个或多个节段具有以不同的缠绕节距来缠绕的不同的外线135。图2A示出了三个节段305a、305b、310。第一端部节段305a和第二端部节段305b可以以整个节段的毗邻的线缠绕物被紧密靠近地定位为特征，即以高节距缠绕并且具有低缠绕物隔距，而节段310中毗邻的线缠绕物被更远地分开，即被以较低的节距缠绕并且具有高隔距。在某些实施方案中，端部节段305a或305b中仅一个具有被紧密缠绕的线缠绕绕组。在第一端部节段305a和/或第二端部节段305b内被紧密缠绕的绕组可以以基本上零隔距来缠绕或定位（即在毗邻的外线绕组之间没有缝隙或基本上没有缝隙）。在某些实施方案中，在端部节段305a、305b内毗邻的外线绕组可以近似邻接，因为毗邻的绕组不邻接或不连续邻接。在端部节段中毗邻的绕组之间的缝隙极小，使得被滤网组件过滤抵抗通过的最小颗粒——即被筛网层190过滤抵抗通过的最小颗粒不能够在外线135之间径向地或轴向地（沿着螺旋）通过。在某些情况下，在毗邻的外线135之间的最大缝隙等于或小于由滤网组件通过的颗粒的最小尺寸，例如被线筛网层通过的颗粒的最小尺寸。在某些实施方案中，基本上零隔距的端部节段305a、305b可以被以真正的零隔距（即在毗邻的外线绕组之间没有缝隙）缠绕或定位。在线缠绕滤网130的中间节段310内的线缠绕物的定位可以被控制为是均一的。

图3A图示了现有技术的井管滤网组件202的详细的侧视横截面图。本图是井管滤网组件202的一个端部的详细图。滤网组件202包括保护性套罩层220，保护性套罩层220在传统的线缠绕滤网层215和筛网层210的顶部并且围绕传统的线缠绕滤网层215和筛网层210，它们全部被承载在基部管205上。传统的线缠绕滤网层215具有整体上均一的缠绕隔距。虽然这些过滤层可以被良好地配备，以过滤抵抗颗粒从管205的径向方向进入基部管孔（例如225、230），但是滤网层的端部235必须被密封于基部管205，以防止颗粒在井管滤网端部235处轴向进入。

图3A图示了一种用于密封包括线缠绕层215的井管滤网组件202的端部235的方法。线缠绕层215的端部245被焊接255至密封环250，这允许筛网层210的端部部分260和套罩层220的端部部分265被承载在环250的顶部。此外，在某些情况下，套罩层220的部分265可以在筛网层210和密封环250上径向皱缩，以将筛网层210的端部部分260束缚并密封在环250和套罩层端部节段265之间。皱缩套罩层220的端部部分265还可用于将环250结合至基部管205的外表面，由此将滤网层固定于基部管205。此外，周边焊接部270除了可被提供到皱缩处以进一步将滤网层（线缠绕层215、筛网层210和套罩层220）固定并密封至基部管205之外，还加强滤网层之间的结合并防止滤管层之间的轴向颗粒泄露。

某些筛网层210可能是薄的并且在焊接时易于受到熔融、烧焦和其他的破坏，导致在筛网210中产生轴向开口和裂纹。如图3B中图示的，如果由焊接部270引起的破坏所产生的筛网层开口275轴向延伸超出皱缩的密封环250的宽度，那么该开口275可以损害密封，提供颗粒进入管205的路径280。经过路径280进入的颗粒将通常被层210过滤，但是由烧焦导致的开口275允许流动路径280绕行（circumvent）筛网层210。

图4图示了包括与图2A的线缠绕滤网层130相似的线缠绕滤网层130的示例性的井管滤网组件的详细的侧视横截面图。图4示出了井管滤网组件的一个端部。相反的端部可以被相似地构建。外线135的毗邻的绕组被紧密缠绕（显示为以基本上零隔距缠绕）在端部节段305中，并且提供了被有效地封闭的表面，附加层可以被附接在被有效地封闭的表面上。这样的端部节段305可以代替密封环，例如在图3A中图示的环250。如图4中所示的，线缠绕层130的端部节段305可以与筛网层190和外套罩层195的端部节段一致。此外，外套罩层195的端部节段可以皱缩，从而将例如线筛网层190的层夹紧并固定在零隔距端部节段305和外套罩层195的端部节段之间。焊接部360可以被设置为围绕滤网层端部365的外周。焊接部360可以密封抵抗颗粒轴向经过端部365进入。例如，焊接部360密封抵抗颗粒经过支撑物105所提供的在基部管160和外线135之间的缝隙165通过。当具有比组件的最精细的过滤层的滤网孔大的直径的颗粒不能够绕过过滤滤网并进入基部管时，组件被密封。基部管160可以被螺纹连接至管路的其他长度或以其他方式设置成连接至管路的其他长度。

形成线缠绕层的端部节段305的外线绕组的数量可以根据井管滤网组件的长度和需要来变化。例如，人们可以设置具有大到足以保证不在附加层中产生导致附加层损害的轴向开口的轴向宽度w的端部节段305，如在图2B中关于路径280所描述的。此外，被包括在端部节段305中的绕组195的数量以及因此得到的端部节段305的宽度w可以基于为了将层固定于基部管所需要的（在套罩端部350处）皱缩的尺寸来选择。

已经描述了本发明的许多实施方案。然而，将理解，可以作出各种修改，而不偏离本发明的精神和范围。因此，其他的实施方案在本权利要求书的范围。

Claims (19)

1.一种井管滤网组件，包括：

长形的基部管；

线缠绕层，其包括围绕所述基部管缠绕的线，所述线缠绕层具有以第一隔距缠绕的两个轴向端部节段和以较大的第二隔距缠绕的中间节段；

筛网层，其围绕所述线缠绕层；以及

外套罩，其围绕所述筛网层，所述外套罩被密封至所述线缠绕层。

2.根据权利要求1所述的井管滤网组件，其中所述外套罩的端部围绕所述筛网层、所述线缠绕层的所述轴向端部节段以及所述基部管而皱缩，并且所述井管滤网组件密封住所述外套罩和所述基部管之间的颗粒的通路。

3.根据权利要求1所述的井管滤网组件，其中所述第一隔距基本上为零隔距。

4.根据权利要求1所述的井管滤网组件，其中所述线缠绕层的所述轴向端部节段包括线的邻接的毗邻的绕组。

5.根据权利要求1所述的井管滤网组件，其中在所述轴向端部节段中的线的毗邻的绕组之间的缝隙等于或小于所述筛网层中的最小的孔。

6.根据权利要求1所述的井管滤网组件，其中所述两个轴向端部节段为第一轴向端部节段和第二轴向端部节段，所述第一轴向端部节段和/或第二轴向端部节段以基本上零隔距缠绕，并且其中所述中间节段被布置在所述第一轴向端部节段和所述第二轴向端部节段之间。

7.根据权利要求1所述的井管滤网组件，其中基本上整个的所述中间节段具有基本上均一的隔距。

8.根据权利要求1所述的井管滤网组件，其中所述线缠绕层、所述筛网层和所述外套罩在所述两个轴向端部节段中的第一轴向端部节段处或附近终止，以形成第一层端部，并且所述井管滤网组件还包括在所述第一层端部处的焊接部，所述焊接部将所述第一层端部结合并密封至所述基部管。

9.根据权利要求1所述的井管滤网组件，其中所述外套罩是有孔的管路。

10.一种井管滤网组件，包括：

多个支撑肋；以及

线，其围绕所述支撑肋盘绕并且被结合至所述支撑肋，形成线盘绕物，所述线盘绕物具有两个端部节段和位于所述两个端部节段之间的中间节段，每个端部节段中毗邻的盘绕物绕组之间的间隔能操作成过滤抵抗具有指定尺寸的颗粒通过，并且在所述线盘绕物的中间节段中毗邻的盘绕物绕组之间的间隔能操作成允许具有所述指定尺寸的颗粒通过。

11.根据权利要求10所述的井管滤网组件，还包括围绕所述线盘绕物的筛网层，所述筛网层能操作成过滤抵抗具有所述指定尺寸以及更大尺寸的颗粒通过。

12.根据权利要求11所述的井管滤网组件，还包括套罩层，所述套罩层围绕所述筛网层并且在所述线盘绕物的所述端部节段附近皱缩，将所述筛网层密封在所述线盘绕物和所述套罩层之间。

13.根据权利要求12所述的井管滤网组件，还包括焊接部，所述焊接部将所述套罩层附接至所述线盘绕物。

14.根据权利要求10所述的井管滤网组件，其中所述端部节段包括基本上零隔距的盘绕物绕组。

15.一种用于制造井管滤网组件的方法，所述方法包括：

用包括被结合至纵向肋的线盘绕物的线缠绕滤网层来装配长形的基部管，其中在所述线盘绕物的第一盘绕物节段中毗邻的盘绕物绕组以基本上零隔距来定位，在所述线盘绕物的第二盘绕物节段中的盘绕物绕组以非零隔距来定位，在所述线盘绕物的第三盘绕物节段中毗邻的盘绕物绕组被以基本上零隔距来定位，并且所述盘绕物的所述第二盘绕物节段被布置在所述第一盘绕物节段和所述第三盘绕物节段之间；

将至少一个筛网层缠绕在所述线缠绕滤网层上，使得所述筛网层的纵向尺寸延伸成与至少所述第一盘绕物节段重叠；

将刚性套罩层设置在所述至少一个筛网层上，所述刚性套罩层的纵向尺寸延伸成与在所述至少一个筛网层的下层的至少所述第一盘绕物节段重叠；并且

将所述套罩层围绕着在所述至少一个筛网层和所述刚性套罩层的下层的所述第一盘绕物节段而皱缩，以将所述至少一个筛网层夹紧并密封在所述线缠绕滤网层和所述刚性套罩层之间。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述筛网层和所述套罩层中的每个纵向尺寸延伸成与所述第一盘绕物节段和所述第三盘绕物节段二者都重叠，所述方法还包括使围绕所述第三盘绕物节段的所述套罩层皱缩。

17.根据权利要求15所述的方法，其中皱缩所述刚性套罩层使所述线缠绕滤网层固定在所述套罩层和所述基部管之间。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述线缠绕滤网层、所述筛网层和所述套罩层中的每个端部焊接到所述基部管。

19.根据权利要求15所述的方法，其中在所述盘绕物的所述第一盘绕物节段中的所述毗邻的盘绕物绕组以零隔距来定位。