CN104363995A - 多孔介质筛 - Google Patents
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Abstract
本发明的某些方案和实施例针对一种多孔介质筛，这种多孔介质筛可被设置在穿过流体生产层的井眼中。所述多孔介质筛可包括多孔介质和保持结构。所述多孔介质可以是具有一个或多个孔的材料。所述一个或多个孔可适于允许流体流过所述多孔介质，并防止一种或多种颗粒流过所述多孔介质。所述保持结构可适于将所述多孔介质保持在沿周向包围管柱的一段的位置，并防止所述多孔介质的膨胀。所述保持结构可包括罩和一个或多个封堵器。所述罩可适于沿周向包围多孔介质。每个封堵器可适于在所述多孔介质的边缘处沿周向包围管柱的所述段。
Description
技术领域
本发明总体而言涉及在从地层中的井眼产出流体期间用于控砂的装置，更具体地、但非排它性地涉及能够过滤来自生产井中的地层流体的颗粒物质的多孔介质筛。
背景技术
在从穿越地层的井系统产出碳氢化合物的期间，可能会产出例如砂之类的颗粒物质。井系统可包括用于控砂的装置和过程。砂的产出会制约生产率、侵蚀井系统的组件、妨碍井眼通道、干扰井下设备的工作并且存在清理的困难。控砂可包括防止来自地层的砂、淤泥或其它颗粒进入井系统的井眼或靠近井眼的区域。控砂可减少或防止砂和其它颗粒移动到靠近井眼的区域中，砂和其它颗粒迁移到靠近井眼的区域中，以避免制约流体从地层的产出。在一些地层中，控砂能够有助于保持地层中的围绕井眼的流体储藏结构。
人们期望能够防止从穿越含烃地层的井产出颗粒物质。
发明内容
在一些实施例中，提供一种多孔介质筛，该多孔介质筛能设置在穿过流体生产层(fluid-producing formation，流体产出地层)的井眼中。该多孔介质筛可包括多孔介质(例如泡沫状材料(foam，海绵状物))和保持结构。该多孔介质可以是包括一个或多个孔的材料。所述一个或多个孔可适于允许流体流过该多孔介质，并防止一种或多种颗粒流过该多孔介质。该保持结构可适于将该多孔介质保持在沿周向包围管柱的一段的位置。该保持结构还可适于防止该多孔介质的径向膨胀或该多孔介质的轴向膨胀。
对这些说明性的方案和特征的述及并非是要限制或限定本发明，而是要提供多个示例来帮助理解本申请所公开的创造性概念。在参阅整个申请文件之后，应易于领会本发明的其它方案、优点以及特征。
附图说明
图1为具有根据本发明一个实施例的多孔介质筛的井系统的示意图。
图2为具有根据本发明一个实施例的多孔介质筛的一段管柱的局部立体图。
图3为具有根据本发明一个实施例的多孔介质筛的一段管柱的纵向剖视图。
图4为具有根据本发明一个实施例的多孔介质筛的一段管柱的横向剖视图。
图5为具有根据本发明一个实施例的一段管柱的立体图，在该管柱的该段的开口内具有多孔介质。
图6为具有根据本发明一个实施例的一段管柱的纵向剖视图，在该管柱的该段的开口内具有多孔介质。
图7为具有根据本发明一个实施例的一段管柱的横向剖视图，在该管柱的该段的开口内具有多孔介质。
图8示出可用作根据本发明一个实施例的多孔介质筛的多孔介质的碳泡沫(carbon foam)。
图9示出根据本发明一实施例的可用作多孔介质筛的多孔介质的碳化硅泡沫。
具体实施方式
本发明的某些方案和实施例针对一种多孔介质筛，该多孔介质筛可被设置在穿过流体生产层的井眼中。该多孔介质筛可包括多孔介质，例如金属泡沫或其它泡沫状材料。该多孔介质可包括直径适当的多个孔，以防止或阻挡来自地层的产出流体中的颗粒进入井系统中的管柱的一段中，并允许产出流体流入管柱。保持结构(例如刚性罩)可防止多孔介质膨胀。与例如使用由不可渗透材料形成的一系列金属网孔过滤层的可膨胀防砂筛组件相比，使用由防止多孔介质膨胀的保持结构约束的多孔介质可提供更简单和成本更低的控砂方案。
该多孔介质筛可包括具有一个或多个孔的多孔介质。该多孔介质可以是例如包括具有一系列孔的连续材料的蜂窝状结构。该连续材料可提供一框架，多个孔可位于该框架中。孔可以是连续材料内的空的空间。上述多孔介质的示例可包括但不限于固体材料或泡沫状材料。上述孔可互相连接使得这些孔形成一系列穿过该多孔介质的通道，使得流体或其它物质可移动穿过此材料。由多个孔形成的一系列的通道和由连续材料提供的框架可以是连续的，以形成两个彼此贯穿的连续体。
该多孔介质的孔可适于允许流体流过该多孔介质，并防止颗粒流过该多孔介质。多孔介质的示例可包括(但不限于)碳泡沫、硅泡沫、碳化硅泡沫、金属泡沫、聚脂泡沫、聚氨酯泡沫、具有可溶性多孔介质的环氧树脂、硅碳泡沫等。
基于待筛出的颗粒的预期颗粒尺寸和给定地层的产出流体的粘度，可以改变多孔介质的孔隙率(porosity)。术语“孔隙率”可指的是材料中的孔的度量(measurement)，表示空的空间的体积与总体积之比的百分数。还可以改变多孔介质中的孔的平均尺寸。多孔介质的一个示例是具有孔隙率的金属泡沫，其中金属泡沫的体积的75％至95％包括空的空间，平均孔尺寸为5至10毫米。多孔介质的另一示例是具有孔隙率的碳泡沫，其中金属泡沫的体积的3％包括空的空间，平均孔尺寸是0.1毫米。
产出流体的粘度会阻碍产出流体移动或流动。例如，重质原油可具有大于十厘泊的高粘度。多孔介质可被选择和/或制造成具有这样的孔隙率和平均孔尺寸：其使得从地层产出的产出流体的粘度不会妨碍产出流体流过多孔介质。多孔介质可被选择和/或制造成具有能够防止产出流体中的颗粒流过多孔介质的孔隙率和平均孔尺寸。基于可能设置多孔介质筛的地层的特性(例如地层中的砂粒的平均直径)，可以更改多孔介质的孔隙率和平均孔尺寸。
该多孔介质筛可被构造成联接到管柱中的一段。多孔介质筛可以与管柱的该段一起安装到井系统中。
该多孔介质筛可包括保持结构。该保持结构可将多孔介质保持在沿周向包围管柱的一段的位置。该保持结构可防止多孔介质沿径向或轴向之一膨胀或沿这两个方向同时膨胀。多孔介质沿径向膨胀可包括多孔介质沿从管柱的外径到地层的方向膨胀。多孔介质沿轴向膨胀可包括多孔介质沿基本上与井眼中的管柱的方向平行的方向膨胀。该保持结构可被构造成附接或联接到设置在穿过流体生产层的井眼中的管柱的一段，使得该保持结构与该管柱的该段保持附接。在一些实施例中，将保持结构附接或联接到管柱的一段可防止保持结构从多孔介质筛上被移除，由此永久地防止多孔介质膨胀。
该保持结构可包括罩。该罩可适于沿周向包围多孔介质。该罩可包括适于彼此联接的一系列的绳索(strand)。每根绳索可由任何合适的非渗透性的、且为刚性或半刚性材料(例如金属)构成。罩的这些绳索可被分隔开以允许流体和颗粒穿过这些绳索之间的空间。该罩可防止多孔介质沿径向膨胀。在部署(铺设)期间，该罩可保护多孔介质。该罩还可以保护联接到在井眼系统中被移动或被操纵的管段的多孔介质。对多孔介质的保护可包括在将管柱的一段插入或操纵进入井眼期间防止损坏多孔介质。该罩可以是固体材料，其具有允许流体和颗粒流过该罩的开口。
该保持结构还可包括一个或多个封堵器。封堵器(例如环状件)可适于沿周向包围管柱的一段。该封堵器可使用任何合适的材料(例如非渗透性的和刚性或半刚性材料)构成。上述合适的材料的示例包括但不限于橡胶、金属、塑料等。封堵器可被置于该多孔介质的一段的一个或多个边缘处，以防止多孔介质沿着管柱移动。该封堵器可防止多孔介质沿轴向膨胀。
这些说明性示例是用于向读者介绍本文所论述的概括性主题，而不旨在限制所公开的概念的范围。以下的章节参照附图说明多个附加实施例和示例，在附图中类似的标记表示类似的元件，并使用方向性描述来说明这些说明性实施例，但是像这些说明性实施例不应当用于限制本发明。
图1示意性地示出具有根据本发明的某些实施例的带有多孔介质筛116a-116d的管柱112的井系统100。井系统100包括钻孔，即延伸穿过地球的多个地层的井眼102。井眼102具有基本竖直段104和基本水平段106。基本竖直段104和基本水平段106可包括套管柱108，该套管柱108由混凝土固结在基本竖直段104的上部。基本水平段106延伸穿过含烃地层110。
井眼102内的管柱112从地面延伸到地层110。钙管柱可包括一个或多个管段114a-114d。管柱112可设有用于使地层流体(例如从地层110产出的产出流体)从基本水平段106流到地面的管道。来自地层中的钻孔的压力可导致地层流体(包括例如天然气或石油之类的产出流体)流到地面。
井系统100还可包括一个或多个多孔介质筛116a-116d。每个多孔介质筛116a-116d可联接到处于水平段106中的管柱112的相应管段114a-114d。随着产出流体流入管段114a-114d，多孔介质筛116a-116d可过滤来自地层110的产出流体的预定尺寸颗粒物质。
虽然图1示出设置于基本水平段106中的多孔介质筛116a-116d，但另外地或者可替代地，多孔介质筛可设置于基本竖直段104中。在某些实施例中，多孔介质筛可设置在更简单的井眼中，例如设置在仅具有基本竖直段的井眼中。多孔介质筛可设置在裸眼环境中(例如图1所示)，或被设置在套管井中。
虽然图1示出位于管柱112中的四个多孔介质筛116a-116d，但可以使用任何数量的多孔介质筛。
图2为管柱112的具有多孔介质筛116的管段114的一段的局部立体图。管段114的局部立体图被局部地切除，以示出多孔介质筛116的多孔介质206的第一层(其包括沿周向包围管段114的本体202)和多孔介质筛116的第二层(其包括沿周向包围多孔介质206的保持结构的罩210)。
管段114可包括位于管段114的本体204中的一个或多个开口202。从地层110产出的产出流体可经由开口202进入本体204。开口202的示例可包括(但不限于)管段114的本体204中的穿孔或狭槽。
多孔介质筛116可过滤产出流体。虽然图2示出裸露的开口202，但管段114可设有沿周向包围管段114的多孔介质筛116，使得多孔介质筛116位于地层110与管段114的本体204的开口202之间。
多孔介质筛116可包括多孔介质206和保持结构。多孔介质206可过滤产出流体。该保持结构可包括任何适于将多孔介质206联接到管段114或使多孔介质206保持在开口202与地层110之间的位置的装置、结构或装置和/或结构的组。如图2所示，该保持结构的一示例可包括罩210和封堵器212。在某些实施例中，该保持结构可被构造成附接或者联接到管段114，使得该保持结构(例如罩210和封堵器212)不能够从安装在井系统100中的管段114被移除。
多孔介质206可以是具有孔208的任何合适的介质。多孔介质206可以是例如包括固体材料的蜂窝状结构，该固体材料包含一系列互相连接的孔，这些孔形成一系列穿过多孔介质206的通道。多孔介质206可被制造成或者以别的方式使得孔208适合于允许流体流过多孔介质206，并防止颗粒移动穿过多孔介质206。多孔介质206的示例可包括(但不限于)碳泡沫、硅泡沫、金属泡沫、聚脂泡沫、聚氨酯泡沫、具有可溶性多孔介质206的环氧树脂、硅碳泡沫等。
基于来自地层110的颗粒物质的颗粒尺寸，可以改变多孔介质206的孔隙率和平均孔尺寸。多孔介质206还可被选择和/或制造成使得孔隙率和孔208的平均孔尺寸能够防止或阻碍产出流体中的颗粒移动穿过多孔介质206。例如，来自地层的产出流体可包括具有直径为0.0625毫米与2毫米之间的颗粒(例如砂粒)。合适的多孔介质206可被选择和/或制造成使得多孔介质206所具有的孔尺寸的直径小于0.0625毫米(例如0.0500毫米)的孔208。多孔介质206还可以被选择和/或制造成使得孔208具有这样的孔隙率和平均孔尺寸：其使得能够允许具有来自地层110的产出流体的粘度的流体流过多孔介质206。
在部署管段114期间，罩210可保护多孔介质206并防止多孔介质206沿径向膨胀。罩210还可以保护联接到管段114的多孔介质206在井眼系统中被移动或被操作。保护多孔介质206可包括在将管段114插入井眼102期间防止损坏多孔介质。例如，被部署进入井眼102的管段114可能碰撞地层110中的岩石突出部或其它约束物。罩210可防止岩石突出部或其它约束物接触多孔介质206和损坏多孔介质206。罩210可以是具有开口的固体材料以允许流体和颗粒流过罩210。例如，罩210可包括由金属或其它合适的材料制成的网状结构。罩210还可以防止联接到安装于运行的井系统100的管段114中的多孔介质206的径向膨胀。
该保持结构还可包括封堵器212。该封堵器212可适于沿周向包围管段114。封堵器212可防止多孔介质206沿一个方向膨胀。封堵器212可以是例如环状件。可以使用任何合适的材料(例如非渗透性的及刚性或半刚性材料)构成封堵器212。合适的材料的示例包括但不限于橡胶、金属、塑料等。虽然图2的局部立体图示出多孔介质206的单个边缘处的单个封堵器212，但封堵器可位于多孔介质206的每个边缘处。
虽然图2示出具有带有罩210和封堵器212的保持结构的多孔介质筛116，但还可采用其它实施例。在某些实施例中，多孔介质206可足够耐用和刚硬，从而可省去用于保护多孔介质206并防止多孔介质的径向膨胀的罩210。在其它实施例中，多孔介质206可通过粘合联接到管段114，例如使用粘合材料或通过多孔介质自身的粘性。在其它实施例中，通过粘合联接到管段114的多孔介质206可省去罩210或封堵器212中的一者或两者。
图3示出具有多孔介质筛116的管段114沿着图2的线3-3’的纵向剖视图。由箭头302a、302b示出来自地层110的流体流动的方向。多孔介质筛116的保持结构可包括封堵器212a、212b。图4示出具有多孔介质筛116的管段114沿着图2的线4-4’的横向剖视图。
产出流体可从地层110流过多孔介质206的孔208。产出流体中的颗粒可被阻止通过多孔介质，因此将来自产出流体的这些颗粒滤出。产出流体可离开多孔介质206的孔，经由开口202进入管段114的本体204。
虽然在图3中多孔介质筛116的孔208被示出为从多孔介质206的第一侧到多孔介质206的另一侧的通道，但还可使用形成一系列穿过多孔介质206的通道的任何系列的彼此连接的孔。
虽然图2至图4示出沿周向包围管段114的多孔介质206，但还可以具有其它实施方式。例如，图5至图7示出具有多孔介质206的管段114’的管柱112，该多孔介质位于管段114’的开口202内。图5为管段114’的立体图。图6为管段114’沿着图5的线6-6’的纵向剖视图。图7为管段114’沿着图5的线7-7’的横向剖视图。
如图5至图7所示，多孔介质206位于管段114’的本体204中的每个开口202内。管段114’还可包括沿周向包围管段114’的罩210。来自地层110的流体流动可与图3至图4所示的流体流动类似。图5至图7所示的罩210可保护多孔介质206。在其它实施例中，可省去罩210。
图8和图9示出可用于多孔介质筛的多孔泡沫材料的示例，例如图8所示的碳泡沫和图9所示的具有孔的碳化硅泡沫。虽然图8和图9示出多孔介质的示例，但还可采用任何具有合适的孔隙率和/或孔尺寸的多孔介质。
以上对本发明的实施例(包括说明性实施例)的描述仅用于示例和说明，而非旨在将本发明穷举或限制到所公开的具体形式。对本发明的多种修改、变型及其用途应为本领域技术人员所熟知，因此并不脱离本发明的范围。
Claims (20)
1.一种多孔介质筛，该多孔介质筛被构造为设置在穿过流体生产层的井眼中，所述多孔介质筛包括：
多孔介质，包括具有一个或多个孔的泡沫状材料，所述孔适于允许流体流过所述多孔介质并且防止一种或多种颗粒流过所述多孔介质；以及
保持结构，其适于允许所述流体从所述流体生产层流到所述多孔介质，并且还适于将所述多孔介质保持在沿周向包围设置在所述流体生产层中的管柱的一段的位置，并且所述保持结构适于防止所述多孔介质膨胀。
2.根据权利要求1所述的多孔介质筛，其中，所述泡沫状材料包括连续材料，其中，所述一个或多个孔中的每个孔均包括位于所述连续材料内的、空的空间。
3.根据权利要求1所述的多孔介质筛，其中，所述多孔介质包括碳泡沫。
4.根据权利要求1所述的多孔介质筛，其中，所述多孔介质包括硅泡沫。
5.根据权利要求1所述的多孔介质筛，其中，所述多孔介质包括金属泡沫。
6.根据权利要求1所述的多孔介质筛，其中，所述多孔介质包括聚氨酯泡沫。
7.根据权利要求1所述的多孔介质筛，其中，所述保持结构包括罩，所述罩适于沿周向包围所述多孔介质并防止所述多孔介质沿径向膨胀，所述罩包括多个绳索，所述多个绳索中的每个绳索均适于联接到所述多个绳索中的至少另一个绳索，所述多个绳索中的每个绳索包括非渗透的刚性材料。
8.根据权利要求7所述的多孔介质筛，其中，所述保持结构还包括封堵器，所述封堵器位于所述多孔介质的一个或多个边缘，所述封堵器包括另外的非渗透的刚性材料，所述封堵器适于防止所述多孔介质沿轴向膨胀。
9.根据权利要求8所述的多孔介质筛，其中，所述封堵器适于沿周向包围所述管柱的所述段。
10.根据权利要求1所述的多孔介质筛，其中，所述多孔介质筛被构造成联接到所述管柱的所述段。
11.一种生产管系统，包括：
管柱的一段，构造为设置在穿过流体生产层的井眼中；以及
多孔介质筛，构造成联接到所述管柱的所述段，所述多孔介质筛包括：
多孔介质，所述多孔介质具有一个或多个孔，所述孔适于允许流体流过所述多孔介质并且防止一种或多种颗粒流过所述多孔介质，以及
保持结构，其适于允许所述从所述流体生产层流到所述多孔介质，并且还适于将所述多孔介质保持在沿周向包围所述管柱的所述段的位置，并且所述保持结构适于防止所述多孔介质膨胀。
12.根据权利要求11所述的生产管系统，其中，所述泡沫状材料包括连续材料，其中，所述一个或多个孔中的每个孔均包括位于所述连续材料内的、空的空间。
13.根据权利要求11所述的生产管系统，其中，所述多孔介质筛的所述保持结构包括适于沿周向包围所述多孔介质并防止所述多孔介质径向膨胀的罩，所述罩包括多个绳索，所述多个绳索中的每个适于联接到所述多个绳索中的至少另一个，所述多个绳索中的每个包括非渗透的材料。
14.根据权利要求13所述的生产管系统，其中，所述多孔介质筛的所述保持结构还包括位于所述多孔介质的一个或多个边缘的封堵器，所述封堵器包括非渗透的刚性材料，所述封堵器适于沿周向包围所述管柱的所述段并防止所述多孔介质的轴向膨胀。
15.根据权利要求14所述的生产管系统，其中，所述封堵器包括适于沿周向包围所述管柱的所述段的环状物。
16.根据权利要求11所述的生产管系统，其中，所述多孔介质包括碳泡沫。
17.根据权利要求11所述的生产管系统，其中，所述多孔介质包括硅泡沫。
18.根据权利要求11所述的生产管系统，其中，所述多孔介质包括金属泡沫。
19.根据权利要求11所述的生产管系统，其中，所述多孔介质包括聚酯泡沫和聚氨酯泡沫中的至少一者。
20.一种多孔介质筛，该多孔介质筛被构造为设置在穿过流体生产层的井眼中，所述多孔介质筛包括：
多孔介质，包括具有一个或多个孔的泡沫状材料，所述孔适于允许流体流过所述多孔介质并且防止一种或多种颗粒流过所述多孔介质；以及
保持结构，其适于允许流体从所述流体生产层流到所述多孔介质，并且还适于将所述多孔介质保持在沿周向包围设置在穿过所述流体生产层的井眼中的管柱的一段的位置，其中，所述保持结构包括：
罩，其适于沿周向包围所述多孔介质并防止所述多孔介质沿径向膨胀，所述罩包括多个绳索，所述多个绳索中的每个绳索均适于联接到所述多个绳索中的至少另一个绳索，所述多个绳索中的每个绳索均包括非渗透的刚性材料，以及
封堵器，位于所述多孔介质的一个或多个边缘，所述封堵器包括另外的非渗透的刚性材料，所述封堵器适于沿周向包围所述管柱的所述段并且防止所述多孔介质沿轴向膨胀。
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