CN108603404A - 具有优化的割缝构造的割缝衬管 - Google Patents

Abstract

一种割缝衬管，包括具有多个延伸穿过管壁的割缝的管。割缝以沿着管的长度提供的集群的形式布置。在一方面，集群一般在形状上是椭圆的。

Description

具有优化的割缝构造的割缝衬管

技术领域

本发明大体描述了一种用在烃类抽提工艺中的割缝衬管。更特别地，本文中描述的是具有优化构造的割缝的衬管。

背景技术

在用于从地层中回收烃类(例如石油和天然气)的操作中，普遍使用安装在井眼中的管，即套管或衬管。地下地层中包含的烃类通过这样的衬管生产。通常，在被放置到井眼中之前，衬管优选地围绕其圆周穿孔或者开缝有多个缝。这样的管被称作割缝衬管。割缝衬管用于使得地层中期望的烃类材料进入管，同时限制或者过滤出地层中包含的碎片、颗粒物质或者其他这样的污染物。因而过滤后的烃类材料被生产或传递到表面用于后续工艺。例如在美国专利1,620,412和4,343,359中教导了割缝衬管。

已经提出了增加割缝衬管的效率的各种改进。通常，这样的改进集中在衬管上提供的割缝的尺寸上。PCT公开WO2014/179856和美国专利6,543,539中提供了这样的在尺寸方面改进的示例。

类似地，已经进行了改善衬管的割缝几何形状的其他努力。美国专利6,904,974中提供了这样的割缝几何形状的示例，其中，以螺旋形的形式设置割缝，其允许衬管的某些部分的外径扩张或收缩。

存在对具有改善的割缝构造的割缝衬管的需求。

发明内容

本描述提供了一种具有优化的割缝构造的割缝衬管，优化的割缝构造在保持期望的过滤和结构强度特性的同时允许期望量的开口面积以使流体通过其的流动成为可能。

在一方面，提供了一种包括具有壁和纵向轴线的管的割缝衬管，该管还包括多个割缝，割缝延伸穿过壁并且为管的外部和内部之间流体流通提供多个流通通道，割缝以集群形式布置，其中每个集群具有大体椭圆形状，椭圆形状具有长轴和短轴，并且其中每个集群的长轴大体和管的纵向轴线平行。

在一方面，每个集群的割缝平行于管的纵向轴线布置。

在另一方面，每个集群的割缝以辐射形式布置，其中每个集群的割缝在集群的中心会聚。

附图说明

在以下参考附图的详细描述中，某些实施例的特征将变得更加明显，其中：

图1是现有技术中已知的割缝衬管的示意性说明。

图2是根据本描述的一方面的割缝衬管的示意性说明。

图3是根据本描述的另一方面的割缝衬管的示意性说明。

图4是图2的割缝衬管的局部侧视图。

图5到图8是根据本描述的割缝衬管的其他方面的局部侧视图。

具体实施方式

图1说明了现有技术中已知的割缝衬管10的一部分。如所示的，衬管10包括延伸穿过衬管的壁的多个割缝12。以此方式，以及如本领域人员会知晓的，割缝12允许流体从衬管的外部流入衬管内部。如果必要的话，也可以实现相反的流动。

如在现有技术中已知的，割缝12的尺寸必须足以允许流体特别是例如石油和天然气等烃类材料的通过，伴随着最小量的障碍物流过。同时，割缝12的尺寸必须能够避免井或地层中存在的碎片或其他材料通过。以此方式，割缝衬管过滤出对从地层中抽提的烃类材料的流动和/或下游工艺有害的材料。

如可以领会的，在设计割缝衬管时，期望增加提供的开口面积以最大化流体向衬管内的流动。可以通过增加割缝的尺寸或者在衬管上提供更多的割缝实现增加开口面积。如上所讨论的，割缝尺寸的任何增加由提供足够的过滤效率的要求限制。进一步地，增加衬管的开口面积还必须和引起的衬管强度或完整性的减小相平衡。如现有技术中可知的，当使用时，衬管一般经受至少扭转应力和轴向应力。因而，为衬管提供大量的割缝同时增加开口面积并增加流体流动可能导致缺少需要的结构强度的衬管。另外，增加割缝的数量以增加衬管的开口面积也涉及额外的生产成本。

在他们的研究过程中，本发明人已发现呈集群提供的割缝衬管的割缝使得提供期望量的开口面积同时保持或改善衬管的强度特性成为可能。特别地，发明人发现，可以通过呈通常为椭圆形的集群提供割缝来实现开口面积和衬管强度的优化平衡。椭圆形的割缝的集群允许集群的尺寸沿着椭圆的两个轴线调节。因此，这允许衬管被调节到满足取决于预期使用的期望的或要求的特性。

应该说明的是，也可以提供圆形的和/或卵形的割缝集群。然而，由于调整割缝衬管的强度和开口面积的有限能力，这样形状的集群不如在本文中描述的其他布置优选。

图2和3说明了根据本描述的两个实施例的割缝衬管。正如所见，每个实施例提供一种具有以集群形式布置的多个割缝的衬管。在图2中，割缝衬管20包括多个割缝的集群22。集群22优选大体周向均匀间隔且与衬管的纵向轴线轴向对准。如图2所示，根据该实施例的集群22通常是具有大体与衬管的纵向轴线平行的长轴的椭圆形状。在其他实施例中，割缝的集群可以以一定角度对准衬管的纵向轴线。以此方式，可以根据需要调整或调节衬管的扭转载力。在图2示出的实施例中，通过提供不同长度的割缝形成椭圆形状的集群。如所示地，通过沿着椭圆的长轴在椭圆的中心处提供最长的割缝或多个割缝24，同时在椭圆的短轴的端部处提供最短的割缝28，形成集群22的整体的椭圆形状。每个集群22中的割缝通常为伸长的并且被布置为大体和集群的椭圆形状的长轴平行。在图2示出的实施例中，在椭圆形状的集群22的长轴对准或平行于衬管的纵向轴线之处，可以观察到集群的割缝也大体对准衬管的纵向轴线。然而，在其他实施例中，在集群相对于衬管的纵向轴线成一定角度之处，可以理解，集群的割缝也相似地成角度。

图3说明了在本文中描述的衬管的另一实施例。如所示地，割缝衬管30包括多个大体椭圆形状的割缝的集群32。正如图2中示出的实施例，割缝的集群32大体周向均匀间隔且大体与衬管30的纵向轴线对准。可以理解，在其他实施例中，如上所述地，集群可以以一定角度和衬管的纵向轴线对准。在图3说明的实施例中，割缝以大体星状的方式布置。具体地，如图3所示，给定的集群的割缝以始于椭圆形状的中心并向外辐射的大体辐射的方式布置。可以理解，在这种布置中，较长的割缝34布置为大体沿着椭圆的长轴的方向延伸，而较短的割缝36布置为大体沿着椭圆的短轴的方向延伸。其他长度的割缝设在最长和最短的割缝之间并且，如所示地，沿着椭圆的长轴和短轴之间的方向辐射。换言之，给定的集群32的所有割缝在该椭圆形状的集群的中心处会聚。在其他实施例中，椭圆的割缝可以布置为两组，其中一组割缝在椭圆的第一焦点处会聚而另一组割缝在椭圆的第二焦点处会聚。

尽管图2和图3说明了以大体椭圆形状布置割缝的实施例，其他割缝布置可以理解为被本描述包含。例如，整体椭圆形状的割缝集群可以设有不同形状或者角度定向的割缝。这样的多样的割缝布置还可以考虑为其他的集群形状，例如圆形等。大体上，可以根据需要调整上述割缝定向、割缝集群布置和其他特征。然而，目前为止已经发现，前述椭圆集群形状具有有益特性。另外，每个集群的割缝可以相对彼此以不同的间隔设置。例如，在图2示出的给定的椭圆集群中，一些割缝可以与其他割缝间隔较远。在图3示出的给定的椭圆集群中，割缝可以以不同的角间距设置。进一步地，在本描述中，已经假定给定的割缝的集群包括多个割缝。然而，可以理解的是，本描述不受限于割缝的数量。即，集群可以具有少至三个割缝或者多至使用现有的或未来的割缝切割技术所能提供的割缝。

图4到图8说明了割缝衬管的一些进一步的示例，其中割缝的集群以其他布置被提供。图4说明了图2中示出的割缝集群的局部侧视图。如在本示例中说明的，割缝集群以大体等距地方式轴向布置。在该定向中，设有集群的周向环。如所见的，根据这方面，集群的相邻的周向环在周向彼此偏置，由此没有两个集群轴向对准。

图5是与图2和4中示出的割缝布置相似的割缝布置的示例，但是其中割缝是不连续的。如此，每个割缝通过多个较小的割缝形成。

图6到图8说明了图3中示出的割缝构造的变化。

示例

对图1、2、3中说明的三个样品割缝衬管进行有限元分析(FEA)以确定他们当经受扭转载荷时的强度特性。对于每个测试样品，衬管的开口面积被设置为大概12％且每个割缝的宽度被激光切割为大概0.020英寸。有限元分析的结果在表1中提供。

表1

如表1中所列举的“扭矩加载限度”被限定为施加到衬管的导致割缝永久收缩0.001英寸(即在载荷移除之后)的载荷。

结果

测试结果清楚地表明割缝的椭圆形集群式样相对于已知的具有均匀间隔的割缝排的衬管提供了管的强度特性(至少如从扭矩加载限度所测量的那样)的明显改进。

尽管以上描述包括对某些特定实施例的参考，但是其各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本文提供的任何示例仅仅是为了说明的目的而被包括，并且不旨在以任何方式进行限制。本文提供的任何附图仅用于说明描述的各个方面的目的，而不旨在按比例绘制或以任何方式进行限制。所附权利要求的范围不应受上述描述中提出的优选实施例的限制，而应作为整体给出与本说明书一致的最宽泛的解释。本文引用的所有现有技术的公开内容通过引用整体并入本文。

Claims (14)

1.一种割缝衬管，包括具有壁和纵向轴线的管，所述管还包括多个割缝，所述割缝延伸穿过壁因而提供用于在所述管的外部和内部之间流体流通的多个流通通道，其中所述割缝以集群形式布置。

2.根据权利要求1所述的割缝衬管，其中割缝的集群在所述管的圆周上大体等距布置以形成集群的周向环。

3.根据权利要求2所述的割缝衬管，其中集群的相邻的环周向偏置，从而相邻的集群轴向不对准。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的割缝衬管，其中割缝的集群设置在所述管的长度上。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的割缝衬管，其中每个集群具有大体椭圆的形状，所述椭圆的形状具有长轴和短轴。

6.根据权利要求5所述的割缝衬管，其中每个集群的长轴大体和所述管的纵向轴线平行。

7.根据权利要求5所述的割缝衬管，其中每个集群的长轴相对于所述管的纵向轴线成角度。

8.根据权利要求1到4中任一项所述的割缝衬管，其中每个集群具有大体圆形的或大体卵形的形状。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的割缝衬管，其中每个集群的割缝大体和所述管的纵向轴线平行。

10.根据权利要求1到8中任一项所述的割缝衬管，其中每个集群的割缝相对于所述管的纵向轴线成角度。

11.根据权利要求1到8中任一项所述的割缝衬管，其中每个集群的割缝以辐射形式布置，其中每个集群的割缝在所述集群的中心处会聚。

12.根据权利要求1到8中任一项所述的割缝衬管，其中每个集群具有大体椭圆的形状并且每个集群的割缝以辐射形式布置，其中一组割缝在椭圆形状的第一焦点处会聚而另一组割缝在椭圆形状的第二焦点处会聚。

13.根据权利要求1到12中任一项所述的割缝衬管，其中每个集群的割缝彼此均匀或者非均匀地间隔。

14.根据权利要求1到12中任一项所述的割缝衬管，其中每个集群具有至少三个割缝。