CN103328763A - 具有顺从性排水层的控沙丝网组件 - Google Patents

Abstract

一种控沙丝网组件（300）包括：侧壁上具有至少一个开口的基础管（302）；以及围绕基础管（302）定位的丝网外套。丝网外套包括排水层（304）和定位在排水层（304）周围的过滤介质。排水层（304）包括多个圆周分布的、轴向延伸的肋（306），以及围绕肋（306）定位并形成其间具有间隙的多匝的缠绕金属丝（308）。这些肋（306）包括多个第一肋（310）和多个第二肋（312），第一肋具有第一横截面肋外形，其形状和尺寸能在缠绕金属丝（308）和基础管（302）之间保持环形空间，而第二肋具有第二横截面肋外形，其形状和尺寸能在第二肋（312）和基础管（302）之间提供间隙。

Description

具有顺从性排水层的控沙丝网组件

技术领域

本发明总的涉及协同地下井中进行的操作而使用的设备，具体来说，涉及具有顺从性排水层的控沙丝网（筛网）组件。

背景技术

并无意图限制本发明的范围，本发明的背景技术例如将参照从具有碳氢化合物的地层中产生流体来进行描述。

由于人们开始从地层中开采石油，工业界已经关心有效地控制诸如沙那样松散的地层颗粒移入井孔内的运动。例如，如此的地层运动通常发生在生产过程中由于疏松沙岩的形成，或在地层的水力压裂之后。这些材料的形成在油、气或水井的运行中造成诸多问题。这些问题包括堵塞的地层、管形的和地下流动的管线，以及腐蚀套管、向下钻进设备和地面上设备。这些问题导致高的维护成本和不可接受的井停产。因此，人们在流体的生产过程中已经采用许多种方法来控制这些疏松地层颗粒的运动。

在一种如此的方法中，控沙丝网组件互连在完井管柱内。控沙丝网组件设计成允许流体流过其中，而阻止预定规格的颗粒材料流过控沙丝网组件。有许多类型的过滤介质可用于如此的控沙丝网组件，包括金属丝缠绕丝网、预充填丝网、金属丝网筛等。业已发现，某些丝网设计得益于过滤介质和控沙丝网组件的基础管（中心管）之间有排水层。在一个如此的设计中，排水层可使用传统的金属丝缠绕技术来形成，其中，缠绕金属丝包裹在多个纵向延伸的肋周围，并焊接到肋上，使得缠绕金属丝围绕其间具有间隙的诸肋周围形成多匝。多层的金属丝网过滤介质较佳地包括保护性的外罩，该过滤介质可设置在金属丝缠绕的排水层周围，以形成控沙丝网外套，该外套可安装在基础管上。一旦安装在基础管上，诸肋对缠绕金属丝提供一定的强度，并使缠绕金属丝和流体流过的基础管之间疏远开。

然而，业已发现，当排水层的缠绕金属丝开始展开，并在压力增加时不能充分地支承金属丝网时，如此的控沙丝网组件便遭受坍瘪在金属丝网过滤介质中的失效。缠绕金属丝展开的主要原因是沿着缠绕金属丝支承结构的长度形成了褶皱或曲屈，这种现象随着缠绕金属丝开始符合于基础管的外直径而出现。一旦在排水层中出现缠绕金属丝展开，金属丝网过滤介质便失去支承，这导致金属丝网过滤介质撕裂或其它坍瘪损坏，而使颗粒穿过其间。

因此，便出现了对控沙丝网组件的需求，其能够从载有碳氢化合物的地层中产生的流体流中过滤出细粒。还需要如此的制造简单和成本经济的控沙丝网组件，其在安装和运行期间，能够承受苛刻的向下钻进的条件。此外，还需要如此的控沙丝网组件，其不遭受压力增加时的坍瘪失效。

发明内容

本文披露的本发明包括在生产过程中阻止地层颗粒流入的控沙丝网组件。本发明的控沙丝网组件允许排水层在高压条件下顺从地运动，同时仍保持下面结构的完整性。此外，本发明的控沙丝网组件制造简单和成本经济，且在安装和生产期间能够承受苛刻的向下钻进的条件。

在一个方面，本发明涉及一种控沙丝网组件，其包括侧壁上具有至少一个开口的基础管以及围绕基础管定位的丝网外套。丝网外套包括排水层和定位在排水层周围的过滤介质。排水层包括多个圆周分布的、轴向延伸的肋，以及围绕肋定位并形成其间具有间隙的多匝的缠绕金属丝。这些肋包括多个第一肋和多个第二肋，第一肋具有第一横截面肋外形，其形状和尺寸能在缠绕金属丝和基础管之间保持环形空间，而第二肋具有第二横截面肋外形，其形状和尺寸能在第二肋和基础管之间提供间隙。

在一个实施例中，丝网外套定位在基础管的打孔部分周围。在另一个实施例中，丝网外套定位在基础管的未打孔部分周围。在还有另一实施例中，过滤介质可以是金属丝网过滤介质。

在一个实施例中，第一肋具有大致梯形的横截面肋外形，而第二肋具有圆形横截面肋外形。在另一实施例中，第一肋具有大致梯形的横截面肋外形，而第二肋具有矩形横截面肋外形。在某些实施例中，至少一个第二肋圆周地位于各个邻近第一肋对之间。在其它实施例中，至少两个第二肋圆周地位于各个邻近第一肋对之间。

在另一方面，本发明涉及一种控沙丝网组件，其包括侧壁上具有至少一个开口的基础管以及围绕基础管定位的丝网外套。丝网外套包括排水层和定位在排水层周围的过滤介质。排水层包括多个圆周分布的、轴向延伸的肋，以及围绕肋定位并形成其间具有间隙的多匝的缠绕金属丝。这些肋包括多个第一肋和多个第二肋。第一肋沿径向方向的名义直径大于第二肋沿径向方向的名义直径，以在第二肋和基础管之间提供间隙。

在还有另一方面，本发明涉及一种丝网外套，用于围绕基础管定位以形成控沙丝网组件。丝网外套包括多个圆周分布的、轴向延伸的肋，以及围绕肋定位并形成其间具有间隙的多匝的缠绕金属丝。这些肋包括多个第一肋和多个第二肋。第一肋沿径向方向的名义直径大于第二肋沿径向方向的名义直径。

附图说明

为了更完整地理解本发明的特征和优点，现参照本发明的详细描述连同附图，在附图中，不同图中对应的附图标记意指对应的零件，在附图中：

图1是操作多个根据本发明实施例的控沙丝网组件的井系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的控沙丝网组件的局部剖切的四分之一剖视图；

图3A-3B是根据本发明实施例的控沙丝网组件的邻近轴向部分的四分之一剖视图；

图4A-4B是根据本发明实施例的控沙丝网组件的剖视图；

图5A-5B是根据本发明实施例的控沙丝网组件的剖视图；

图6A-6B是根据本发明实施例的控沙丝网组件的剖视图。

具体实施方式

尽管下面详细地讨论本发明各种实施例的制造和使用，但应该认识到，本发明提供许多适用的发明理念，其可在许多特殊的情形中实施。这里讨论的具体实施例仅是说明本发明的制造和使用的具体方式，并不限定本发明的范围。

首先参照图1，图中示出包括多个实施本发明理念的控沙丝网组件的井系统，该系统示意地示出并用附图标记10表示。在所示实施例中，井孔12延伸通过各种地层。井孔12具有基本上垂直的部分14，其上部具有内部浇筑水泥的套管柱16。井孔12还具有基本上水平的部分18，其延伸通过承载碳氢化合物的地层20。如图所示，井孔12的基本上水平的部分18是裸眼井。

管柱22定位在井孔12内并从地面起延伸。管柱22对地层流体形成导管，以使流体从地层20流到地面上。在其下端处，管柱22连接到完井管柱上，该完井管柱已经安装在井孔12内，并将完井层段分为邻近于地层20的各个生产层段。完井管柱包括多个控沙丝网组件24，每个控沙丝网组件定位在一对封隔器26之间，该封隔器提供完井管柱22和井孔12之间的流体密封，由此，形成生产层段。控沙丝网组件24起到的主要功能是，从形成的流体流中过滤出颗粒物质，并还可包括流量控制能力或其它附加的功能。

即使图1示出了裸眼井环境中的本发明的控沙丝网组件，但本技术领域内技术人员应理解到，本发明同样可很好地适用于套管井中。还有，即使图1示出了每个生产层段中一个控沙丝网组件，但本技术领域内技术人员应理解到，本发明任何数量的控沙丝网组件可部署在生产层段内，而不会脱离本发明的原理。此外，即使图1示出了每个控沙丝网组件具有单个丝网外套，但本技术领域内技术人员应理解到，任何数量的丝网外套可安装在本发明单个控沙丝网组件内，而不会脱离本发明的原理。

此外，即使图1示出了本发明的控沙丝网组件位于井孔的水平部分内，但本技术领域内技术人员应理解到，本发明同样可很好地适用于偏离的井孔、垂直的井孔、多侧向的井孔等。因此，本技术领域内技术人员应理解到，使用诸如“上”、“下”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“向上钻进”、“向下钻进”之类的方向性术语，只是在图中示出实施例时用来表示相对于所说明实施例的关系，向上方向是朝向对应的图的顶部，向下方向是朝向对应图的底部，向上钻进方向是朝向井的地面，而向下钻进方向是朝向井的孔底。

下面参照图2，图中示出根据本发明的控沙丝网组件的四分之一的剖视图，其示意地显示在图中并用附图标记100表示。控沙丝网组件100可合适地连接到其它类似的控沙丝网组件、生产封隔器、定位突出、生产管子或其它向下钻进工具，以形成如上所述那样的完井管柱。控沙丝网组件100包括基础管102，其包括多个生产端口或开口104。丝网外套106定位在基础管102的图示部分周围，丝网外套106用作为过滤介质，其设计成允许流体流过其间，但阻止预定规格的颗粒物质流过其间。即使图2示出了带有单个丝网外套106的控沙丝网组件100，但本技术领域内技术人员将会认识到，本发明的控沙丝网组件可具有围绕基础管的附加打孔部分定位的附加的丝网外套，而不会脱离本发明的原理。

在所示实施例中，丝网外套106包括由多个圆周分布、轴向延伸的肋110形成的排水层108，令金属丝网112缠绕在肋110周围，以形成其间具有间隙的多匝。排水层108对金属丝网过滤介质114和基础管102之间的流体横向流提供间隔。金属丝网过滤介质114最好由流体透过的多孔、限制颗粒的金属材料形成，诸如是烧结过的多层金属丝网、它们彼此扩散粘结或其它可操作地相连以形成金属丝网。在所示的实施例中，金属丝网过滤介质114具有三层金属丝网层116、118、120，然而，本技术领域内技术人员将会认识到，金属丝网过滤介质114可具有另外数量的金属丝网层，大于或小于三层，而不会脱离本发明的原理。

保护性的外罩122定位在金属丝网过滤介质114周围，该外罩具有通过其中的阵列的规则间距开的打孔124。外罩122还具有多个凹座126，它们在外罩122的内表面和金属丝网过滤介质114的外表面之间提供间隔。在所示的实施例中，丝网外套106通过一对连接器环128、130附连到基础管102，连接器环焊接到外罩122和基础管102。即使图2中示出和描绘了焊接的连接，但本技术领域内技术人员应理解到，连接器环128、130可通过其它方法连接到外罩122、基础管102或连接到两者，所述方法包括但不限于机械连接、沙紧摩擦配合连接等。

本发明的特征在于如此的方式，圆周分布、轴向延伸的肋114的阵列包括具有某种特征的至少第一组肋132和具有不同特征的第二组肋134。例如，第一组肋132可具有比第二组肋134大的沿控沙丝网组件100的径向方向的名义直径。作为另一实例，第一组肋132可具有不同于第二组肋134的横截面形状。较佳地，第一组肋132提供不同于第二组肋134的间隔尺寸，这将在下面详细地描述。

下面参照图3A和3B，图中示出根据本发明控沙丝网组件的轴向相邻的四分之一的剖视图，其示意地显示在图中并用附图标记200表示。如同上述的控沙丝网组件100那样，控沙丝网组件200可合适地连接到其它类似的控沙丝网组件、生产封隔器、定位突出、生产管子或其它向下钻进工具，以形成如上所述那样的完井管柱。控沙丝网组件200包括基础管202，其具有打孔部分204和未打孔部分206。丝网外套208定位在基础管202的未打孔部分206周围，丝网外套208用作为过滤介质，其设计成允许流体流过其间，但阻止预定规格的颗粒物质流过其间。

在所示的实施例中，丝网外套208包括由多个圆周分布、轴向延伸的肋212形成的排水层210，令金属丝网214缠绕在肋212周围，以形成其间具有间隙的多匝。排水层210对金属丝网过滤介质216和基础管202之间的流体横向流提供间隔。金属丝网过滤介质216最好由流体透过的多孔、限制颗粒的金属材料形成，诸如是烧结过的多层金属丝网，它们彼此扩散粘结或其它可操作地相连以形成金属丝网。在所示的实施例中，金属丝网过滤介质216具有三层金属丝网层218、220、222。

保护性的外罩224定位在金属丝网过滤介质216周围，该外罩具有通过其中的阵列的规则间距开的打孔226。外罩224还具有多个凹座228，它们在外罩224的内表面和金属丝网过滤介质216的外表面之间提供间隔。在所示的实施例中，丝网外套208通过一对连接器环230、232附连到基础管202，连接器环焊接到外罩224和基础管202。在以上图2所示的实施例中，过滤的流体通过设置在丝网外套106后面的基础管102壁内的端口104，与图2所示的实施例不同，过滤的流体通过控沙丝网组件200内交替的路径流过。在所示的实施例中，流体流过连接器环232中一个或多个开口，或通过基础管202的外面和连接器环232的内部之间而流入外部壳体236和基础管202之间的环腔234内。此后，流体通过设置在基础管202的相邻部分内的端口238（如图3B所示）进入基础管202的内部。控沙丝网组件200可包括设置在环腔234内一个或多个流动控制装置（未示出），以控制流体流过其中的流量。

如上所讨论的，本发明的特征在于，圆周分布轴向延伸的肋212的阵列包括具有某种特征的至少第一组肋240和具有不同特征的第二组肋242。例如，第一组肋240可具有比第二组肋242大的沿径向方向的名义直径。作为另一实例，第一组肋240可具有不同于第二组肋242的横截面形状。较佳地，第一组肋240提供不同于第二组肋242的间隔尺寸，这将在下面详细地描述。

下面的图显示根据本发明替代实施例的几个控沙丝网组件的截面图，每个控沙丝网组件包括具有不同特征的肋。这些图示出特定的实施例和组合，但本技术领域内技术人员将会理解和认识到，图中所示的特殊形状和图形仅是用于说明之目的，许多其它的形状、特征和图形也可用于其它替代的实施例中。

图4A示出丝网组件300的横截面，显示了基础管302，该基础管具有所示围绕其的、控沙丝网外套的排水层304。排水层304包括阵列的圆周分布、轴向延伸的肋306，使缠绕的金属丝网308定位在其周围。肋306的阵列包括第一组肋310和第二组肋312。每个肋310具有由大致梯形形状表征的横截面外形。本技术领域内技术人员将会认识到，可采用各种形状来代替所示的大致梯形的形状，例如，包括但不限于圆形、卵形、方形、矩形、三角形、多边形、弓形和顺从形。各肋310较为宽广的向内设置的表面面向和接触基础管302的外表面。而各肋310的较为狭窄的向外设置的表面借助于合适的附连方法（诸如焊接法）固定到缠绕金属丝308。

各个肋312具有由圆形表征的横截面外形。如上所述，可采用各种形状来代替所示的圆形的形状。各个肋312的向外设置的表面借助于合适的附连方法（诸如焊接法）固定到缠绕金属丝308。肋312沿径向方向的名义直径相对于肋310沿径向方向的名义直径应是这样：使一间隙形成在肋312面向内的表面和基础管302的外表面之间。该间隙允许提高排水层304内顺从形和柔软性的水平，这可防止缠绕金属丝308褶皱、曲屈和扩散，由此，防止设置在排水层302周围的金属丝网过滤介质（未示出）在增大的压力之下坍瘪。该设计允许缠绕金属丝308朝向基础管302在相邻的肋310对之间有一定的径向运动量，但由于相邻肋310对之间存在肋312阻止发生过度的径向运动，这不仅限制了径向运动的扩展，由此确保生产流体的横向流的路径（如图4B所示），而且对缠绕金属丝308的各匝提供了沿纵向方向的附加支承。

本技术领域内技术人员将会理解和认识到，提供图4A-4B中所示的具体细节仅是为了说明这里所实施的发明理念。作为一个实例，图4A-4B示出了八个肋310和八个肋312，它们均匀地间断间隔开并圆周地围绕着基础管302，保持一对一的关系，但在本发明更广义的精神和范围之内，没有将肋限制到该特殊的数量或关系上。在替代的实施例中，可有多于或少于八个肋310或肋312，并且可有多于一个的肋310设置在各对肋312之间。在某些实施例中，可有两种以上类型的肋，每一种类型的肋具有不同于其它肋的特征。在其它的实施例中，诸肋可不是围绕基础管302的圆周均匀地间距开。这些变化和其它变化毫不含糊地都在本发明的总精神和范围之内，这将容易地为本技术领域内技术人员所明白。

图5A示出丝网组件400的横截面，显示了基础管402，该基础管具有所示围绕其的、控沙丝网外套的排水层404。排水层404包括阵列的圆周分布、轴向延伸的肋406，使缠绕的金属丝网408定位在其周围。肋406的阵列包括第一组肋410和第二组肋412。每个肋410具有由大致梯形形状表征的横截面外形。各肋410较为宽广的向内设置的表面面向和接触基础管402的外表面，而各肋410的较为狭窄的向外设置的表面借助于合适的附连方法（诸如焊接法）固定到缠绕金属丝408。

各个肋412具有由矩形表征的横截面外形。各个肋412的向外设置的表面借助于合适的附连方法（诸如焊接法）固定到缠绕金属丝408。肋412沿径向方向的名义直径相对于肋410沿径向方向的名义直径应是这样：使一间隙形成在肋412面向内的表面和基础管402的外表面之间。该间隙允许提高排水层404内顺从形和柔软性的水平，这可防止缠绕金属丝408褶皱、曲屈和扩散，由此，防止设置在排水层402周围的金属丝网过滤介质（未示出）在增大的压力之下坍瘪。该设计允许缠绕金属丝408朝向基础管402在相邻的肋410对之间有一定的径向运动量，但由于相邻肋410对之间存在肋412阻止发生过度的径向运动，这不仅限制了径向运动的扩展，由此确保生产流体的横向流的路径（如图5B所示），而且对缠绕金属丝408的各匝提供了沿纵向方向的附加支承。

图6A示出丝网组件500的横截面，显示了基础管502，该基础管具有所示围绕其的、控沙丝网外套的排水层504。排水层504包括阵列的圆周分布、轴向延伸的肋506，使缠绕的金属丝网508定位在其周围。肋506的阵列包括第一组肋510和第二组肋512。每个肋510具有由大致梯形形状表征的横截面外形。各肋510较为宽广的向内设置的表面面向和接触基础管502的外表面，而各肋510的较为狭窄的向外设置的表面借助于合适的附连方法（诸如焊接法）固定到缠绕金属丝508。

各个肋512具有由圆形表征的横截面外形。各个肋512的向外设置的表面借助于合适的附连方法（诸如焊接法）固定到缠绕金属丝508。尽管肋510、512的横截面外形类似于图4A中所示的肋310、312，但图6A中所示实施例的不同之处在于，有多个肋512设置在各对肋510之间。肋512沿径向方向的名义直径相对于肋510沿径向方向的名义直径应是这样：使一间隙形成在肋512面向内的表面和基础管502的外表面之间。该间隙允许提高排水层504内顺从形和柔软性的水平，这可防止缠绕金属丝508褶皱、曲屈和扩散，由此，防止设置在排水层502周围的金属丝网过滤介质（未示出）在增大的压力之下坍瘪。该设计允许缠绕金属丝508朝向基础管502在相邻的肋510对之间有一定的径向运动量，但由于相邻肋510对之间存在肋512对而阻止发生过度的径向运动，这不仅限制了径向运动的扩展，由此确保生产流体的横向流的路径（如图6B所示），而且对缠绕金属丝508的各匝提供了沿纵向方向的附加支承。

尽管参照所示实施例描述了本发明，但并不意图将该描述看作有限制意义。本技术领域内技术人员参阅本描述后，将会明白到对本发明所示实施例以及其它实施例的各种修改和组合。因此，附后的权利要求书意欲包括任何如此的修改或实施例。

Claims (20)

1.一种控沙丝网组件，包括：

侧壁上具有至少一个开口的基础管；以及

围绕基础管定位的丝网外套，所述丝网外套包括排水层和定位在排水层周围的过滤介质，排水层包括多个圆周分布的、轴向延伸的肋，以及围绕肋定位并形成其间具有间隙的多匝的缠绕金属丝，这些肋包括多个第一肋和多个第二肋，第一肋具有第一横截面肋外形，其形状和尺寸能在缠绕金属丝和基础管之间保持环形空间，而第二肋具有第二横截面肋外形，其形状和尺寸能在第二肋和基础管之间提供间隙。

2.如权利要求1所述的控沙丝网组件，其特征在于，所述丝网外套定位在基础管的打孔部分周围。

3.如权利要求1所述的控沙丝网组件，其特征在于，所述丝网外套定位在基础管的未打孔部分周围。

4.如权利要求1所述的控沙丝网组件，其特征在于，所述过滤介质还包括金属丝网过滤介质。

5.如权利要求1所述的控沙丝网组件，其特征在于，第一肋具有大致梯形的横截面肋外形，而第二肋具有圆形横截面肋外形。

6.如权利要求1所述的控沙丝网组件，其特征在于，第一肋具有大致梯形的横截面肋外形，而第二肋具有矩形横截面肋外形。

7.如权利要求1所述的控沙丝网组件，其特征在于，至少一个第二肋圆周地位于各个邻近第一肋对之间。

8.如权利要求1所述的控沙丝网组件，其特征在于，至少两个第二肋圆周地位于各个邻近第一肋对之间。

9.一种控沙丝网组件，包括：

侧壁上具有至少一个开口的基础管；以及

围绕基础管定位的丝网外套，所述丝网外套包括排水层和定位在排水层周围的过滤介质，排水层包括多个圆周分布的、轴向延伸的肋，以及围绕肋定位并形成其间具有间隙的多匝的缠绕金属丝，这些肋包括多个第一肋和多个第二肋，第一肋沿径向方向的名义直径大于第二肋沿径向方向的名义直径，以在第二肋和基础管之间提供间隙。

10.如权利要求9所述的控沙丝网组件，其特征在于，所述丝网外套定位在基础管的打孔部分周围。

11.如权利要求9所述的控沙丝网组件，其特征在于，所述丝网外套定位在基础管的未打孔部分周围。

12.如权利要求9所述的控沙丝网组件，其特征在于，所述过滤介质还包括金属丝网过滤介质。

13.如权利要求9所述的控沙丝网组件，其特征在于，第一肋具有大致梯形的横截面肋外形，而第二肋具有圆形横截面肋外形。

14.如权利要求9所述的控沙丝网组件，其特征在于，第一肋具有大致梯形的横截面肋外形，而第二肋具有矩形横截面肋外形。

15.如权利要求9所述的控沙丝网组件，其特征在于，至少一个第二肋圆周地位于各个邻近第一肋对之间。

16.如权利要求9所述的控沙丝网组件，其特征在于，至少两个第二肋圆周地位于各个邻近第一肋对之间。

17.一种丝网外套，用于围绕基础管定位以形成控沙丝网组件，所述丝网外套包括：

多个圆周分布的、轴向延伸的肋；以及

围绕肋定位并形成其间具有间隙的多匝的缠绕金属丝；

其中，这些肋包括多个第一肋和多个第二肋，第一肋沿径向方向的名义直径大于第二肋沿径向方向的名义直径。

18.如权利要求17所述的丝网外套，其特征在于，所述第一肋与所述第二肋具有一对一的关系。

19.如权利要求17所述的丝网外套，其特征在于，至少一个第二肋圆周地位于各个邻近第一肋对之间。

20.如权利要求17所述的丝网外套，其特征在于，至少两个第二肋圆周地位于各个邻近第一肋对之间。

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