JPH05248161A - 井戸用スクリーンおよびスクリーン用プレパック - Google Patents

井戸用スクリーンおよびスクリーン用プレパック

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JPH05248161A
JPH05248161A JP33628892A JP33628892A JPH05248161A JP H05248161 A JPH05248161 A JP H05248161A JP 33628892 A JP33628892 A JP 33628892A JP 33628892 A JP33628892 A JP 33628892A JP H05248161 A JPH05248161 A JP H05248161A
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well
sleeve
mandrel
prepack
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JP33628892A
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Bryant A Arterbury
ブライアント・エイ・アルターベリー
James E Spangler
ジェイムズ・イー・スパングラー
Thomas V Malorzo
トーマス・ブイ・マロルゾ
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Otis Engineering Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 砂利パック作業に続く最初の生産段階の間、
地層流体の産出を不当に制限することなく、流れ込む地
層流体から砂粒子を排除することができ、しかも径方向
の厚さを小さくできる井戸用スクリーンを提供する。 【構成】プレパック井戸用スクリーン装置は、抵抗溶接
された外側スクリーン４２が孔のあいたマンドレル３８
上に径方向に間隔をあけて同心に取り付けられて、焼結
金属製のプレパックスリーブ４４を挿入する環状空間を
形成している。外側スクリーン４２の隣接した巻間の長
手方向の間隔は、所定の最小サイズの砂の粒子を選択的
に除外する。焼結金属製のプレパックスリーブ４４の多
孔度は、約１０〜１５０ミクロンの大きさの砂の粒子を
通過させるように選択される。焼結金属製のプレパック
スリーブ４４の有効流入面積は、外側スクリーン４２の
有効流入面積よりもかなり大きい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、井戸を作る装置に関
し、特に、水、油、ガス、および回収用の井戸において
流入する井戸流体から固結されていない材料を漉すため
のスクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】油やガスの井戸を作る際、保護用のケー
シングを井戸穴に通し、そして、このケーシングの中に
生産管を通すことが一般に行なわれている。井戸部分で
は、上記ケーシングには１以上の生産領域に穴があけら
れており、生産流体をケーシングの穴の中に入れること
ができる。地層の流体を産出する間、地層の砂も流路の
中に押し出される。この砂は比較的細かい砂で、流路中
にある生産用部品を侵食する。
【０００３】ある井戸完成体では、井戸穴にはケーシン
グが設けられておらず、油やガスを含んだ領域にわたっ
て、開放された面が設定される。このような開放された
(ケーシングのない)穴構造は、たとえば、水井戸や、テ
スト井戸や、水平井戸完成体で利用されている。
【０００４】生産管と穴あきケーシング(ケーシングが
設けられている場合)あるいは開放された井戸穴面(ケー
シングが設けられていない場合)との間の流路には１以
上のサンドスクリーンが設置されている。パッカーが習
慣的にサンドスクリーンの上に設置され、生産流体が生
産管に流れ込む領域内の環状空間を密封する。上記スク
リーンの回りの環状空間には、比較的粗い砂つまり砂利
が詰め込まれる。この砂利はフィルターとして作用し、
スクリーンに到達する地層の砂の量を減らす。砂利をス
クリーンの回りに置くために作業ストリングとサービス
・シール・ユニット(ＳＳＵ)が使用される。井戸を完成
させる間、流れ込む井戸流体から非固結物質を取り除く
ためのスクリーンの回りにある生産用地層へと砂利が押
し出される。砂利は作業ストリングの下に押し出されて
水あるいはゲルのスラリの中に押し出され、上記パッカ
ーの下あるいは上記サンドスクリーンの上に置かれる。
砂利は、また、上記サンドスクリーンと井戸のケーシン
グとの間の環状空間を埋める。スクリーンがケーシング
のない開放された穴に設けられる井戸では、砂利のパッ
クは周囲の圧密されていない地層を支持する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のサンドスクリー
ンは穴のあいたマンドレルを用いている。このマンドレ
ルは、長手方向に延びるスペーサー用のバー、ロッドあ
るいはリブによって囲まれ、その上には、連続ワイヤー
が螺旋状に巻回され、ワイヤーの巻きと巻きとの間に軸
方向に所定の隙間を形成している。このワイヤーの巻き
間の隙間つまり開口によって地層流体はスクリーンを通
って流れることができるが、その近接したワイヤーの巻
きによって、上記砂利パックを貫通するような砂や砂利
等の微粒子は排除される。
【０００６】砂利を詰める作業に続く最初の生産の間に
持ち上がる問題は、砂利パックのブリッジが安定する前
に細かい砂が砂利パックを通って運ばれるということで
ある。砂利パックが最終的に固まって清浄な生産物を産
出する前に、そのような細かい砂をかなりの量生産する
ことは希なことではない。砂利をパッキングした後の井
戸を製造する初期段階の間、これらの微粒子は砂利パッ
クとスクリーンを通って移動し、上記外側に巻き付けら
れたワイヤーと穴あきマンドレルとの間の環状空間に溜
まる。幾つかの例においては、これがスクリーンをひど
く浸蝕して、最後にはスクリーンを破損させることがあ
る。別の場合には、砂の微粒子が炭素質、珪土質あるいは
有機の固体を含んでおり、これらの固体がスクリーンの
流路を完全に塞いで、井戸の完成後すぐに生産を終わら
せてしまう。深い井戸では、スクリーンが目詰まりを起
こして生産管の内圧が下がると、地層圧はスクリーンと
生産管をつぶすことができる。さらに、かなりの量の砂
が周囲の地層から失われると、地層が崩れ、その結果、
井戸のケーシングや、ライナーやスクリーンがダメージ
を受け、生産が減少したり止まってしまうという結果に
なる。
【０００７】上述の問題を克服する１つの試みは、内側
のマンドレルと外側のワイヤースクリーンとの間の環状
空間内に砂利結合体からなるプレパックを配置すること
である。プレパックされる砂利は、初期生産の間、地層
流体と一緒に来る微粒子を排除することができる大きさ
のものである。加工されていない砂利が、エポキシ樹脂
で被覆された砂利同様、プレパックされた井戸用スクリ
ーンにおいて広く使用されている。殆どのプレパックさ
れた井戸用スクリーンは、その外径が従来の井戸用スク
リーンの外径よりも大きいことにより、回収の際の問題
がある。プレパックされた井戸用スクリーンをより簡単
に回収することができるようにするために、普通は内側
のマンドレルが小形化される。したがって、生産管の穴
のサイズと作業ストリングの穴のサイズとの両方が制限
されることになる。
【０００８】従来の井戸用スクリーンの中には、最大の
環状の設置空間を得るとともにプレパックされたフィル
ター材料を保持するために、内側に金網あるいは鋼製の
織物フィルターの媒体を利用したものがある。たとえ
ば、米国特許第４,８５８,６９１号および第４,８５６,
５９１号を参照のこと。このような金網は、抵抗溶接さ
れたスクリーンの特徴である従来のリブチャンネル設計
に匹敵する自由な流れを提供しない。また、金網の保持
器は、穴あきマンドレル上に直接巻かれるものである
が、この金網がマンドレルの流路に重なっているところ
でのみ、自由な流れが生じる。しかし、この例において
さえ、マンドレルの穴を通る流れは、上記金網の保持器
が重複しているところでは、さらに制限される。
【０００９】目の細かい金網の保持器を利用する従来の
サンドスクリーンは、一般に金網の目が外側スクリーン
部材の開口よりもかなり小さいことにより、結局目詰ま
りを引き起こす。たとえば米国特許第４,８５８,６９１
号においては、上記金網は約４０〜２００のメッシュサ
イズを持つと述べられている。このメッシュサイズは、
外側の粒子制限用のシリンダーの流入面積よりもかなり
小さい流入面積しか提供しない。砂が詰まると、この種
のスクリーンによって完成される井戸において生産の初
期段階に支障を来すことは理解できることである。
【００１０】米国特許第５,００４,０４９号に示されて
いる特別な隙間を有するプレパック井戸用スクリーン
は、抵抗溶接された内側の巻き付けワイヤーよりも僅か
に大きい外側の巻き付けワイヤーを備える。「微小」環状
空間と呼ばれるそれら巻き付けワイヤー間の空間は、結
合体であるフィルター材料が充填されている。この環状
空間を緩い(つまり、固結されていない)材料で充填する
場合には、結合体は通常は、珪砂、ガラスビーズ、焼結
ボーキサイト、あるいはニッケルショットである。しば
しば、これらの結合体材料は、可塑化されたエポキシ樹
脂と混ぜあわされる。これは緩い材料を固結(圧密)する
ためである。圧密技術は、環状空間にゆるく詰めるのに
好ましい。これは、緩く詰められた物質は、差圧を受け
たときに、沈んで、最後に、バイパス「チャネリング」
効果を生じる傾向があるからである。
【００１１】従来の特別な隙間のプレパックスクリーン
のためのパッキング方法は振動と重力を利用している。
この種の方法は、結合体材料を応力を加えられた状態に
置くことができないので、チャネリングの破損が穴の下
方で生じる。これは、最後には、スクリーンの浸蝕割れ
による漏れ道となり、スクリーンは壊滅的に破損するの
が普通である。これらの２重スクリーン用プレパックは
砂利パック(一次砂制限用として)と共に使用されるよう
にできているので、砂利パックが不十分な場合には、一
種の「保証」因子として利用される。エポキシボンドの結
合体は上記チャネリング効果をかなり低減する。しかし
ながら、曲げ応力(これは、荷積みや、ずれた井戸穴や荒
っぽい取り扱いにおいて、予期されるものである)は、
この結合された材料にひび割れを生じさせることができ
る。これは、入力速度が高い通路となり、これらの通路
が、地層の砂に露されたとき、上記チャネリングに関し
ても見られたように、大きな浸蝕損傷を引き起こすこと
になる。珪砂の砂利が塩酸と弗化水素酸に溶けることは
知られている。エポキシ樹脂もまた、酸性の地層流体に
非常に反応する。これらの主な問題は従来の井戸刺激技
術において共通してみられるものである。
【００１２】砂利パック作業に続く最初の生産段階の
間、地層流体の産出を不当に制限することなく、流れ込
む地層流体から砂粒子を排除する井戸用スクリーンを得
ることが望まれる。また、これを、径方向の厚さが比較
的小さい井戸用スクリーンでもって達成することが望ま
れる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上述の目的は、本発明の
１つの面によれば、金属的に一体の剛の管状構造に成形
された焼結粉末金属によってプレパックが一体に構造に
形成されているプレパック井戸用スクリーンアセンブリ
ーによって達成される。ここで用いる「金属的に一体」と
いう用語は、結合体の金属粒子が、これらの粒子を高温
高圧条件下で焼結した結果、原子間の拡散によって結合
されていることを意味する。
【００１４】できあがった焼結多孔質管体は、上述の内
側保持用スクリーン(溶接されたものあるいは織られた
もの)および結合体物質(砂、エポキシ、ニッケル、ショ
ット、等）にとって替わることができる。この管体は、
ステンレス鋼、高ニッケル合金、ニッケル被覆ブロンズ
等によって形成することができる。焼結多孔質スチール
スライバは圧縮により、あるいは金属粉末を同心の管形
状に成形することにより、あるいは金属粉末を平らなシ
ートに成形することにより、接合される。上記平らなシ
ートは丸められ、シーム溶接されて、管を形成する。
【００１５】プレパック井戸用スクリーンアセンブリー
には、外側巻き付けワイヤースクリーンを穴のあいたマ
ンドレルに径方向に間隔をあけて同心に取り付け、焼結
金属製プレパックを入れるプレパック用環状空間を形成
することができる。上記外側ワイヤースクリーンにおい
ては、隣接巻き間の縦方向の距離は所定の最小サイズの
砂粒子を選択的に除外する。焼結金属製のプレパックの
多孔度は、好ましくは、１０〜１５０ミクロンの範囲にあ
る砂粒子を通過させるものが選ばれる。１０〜１５０ミ
クロンというのは、主砂利パックの固結(圧密)の前の早
期生産段階の間に産出される砂粒子のサイズである。し
たがって、サンドスクリーンの界面領域のいかなる部分
においても、焼結金属製のプレパックスクリーンの有効
流入面積は、外側スクリーンの有効流入面積よりもかな
り大きい。
【００１６】
【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。
【００１７】後述の説明において、同様の部分は、明細
書および図面中、それぞれ同じ番号で示している。図面
は拡大縮小する必要はないが、ある部分の大きさは、本
発明の詳細をより良く示すために強調して描かれてい
る。
【００１８】まず、図１および図２を参照すると、従来
の内層井戸完成体に組み込まれた井戸用スクリーンプレ
パック装置１０が示されている。井戸穴１２は、管状ケ
ーシング１４によって補強され、セメント１６で密閉さ
れている。生産管１８は、上記ケーシング１４の中に延
びている。上記ケーシング１４には、産出流体が井戸の
製造域から生産管１８に流れ込む深さのところに、複数
の穴２０が開けられている。
【００１９】井戸用スクリーンつまりサンドスクリーン
１０は、生産管１８が井戸の中に入れられるとき、上記
ケーシング内で複数の穴２０に対向して設けられるが、
囲いのない地層に直接対向させて設けてもよい。上記生
産管１８と上記ケーシングの間の環状空間は、上方パッ
カー２２および下方パッカー２４によって密閉され、製
造域のみから流体を産出する。
【００２０】フローポート２６が、上方パッカー２２の
下かつサンドスクリーン１０の上で生産管１８に備えら
れ、ここを介して水またはゲルを混合した砂利をサービ
ス・シール・ユニット（ＳＳＵ）によって、ケーシング
１４とサンドスクリーン１０の間の環状空間２８に注入
あるいは循環させる。そのためには、洗浄パイプ３０を
上記生産管１８の内部に貫通させ、上記サンドスクリー
ン１０の下部あるいは上記サンドスクリーン１０の下方
に取り付けられる表示スクリーン３２の周辺に水やゲル
の砂利のスラリを位置させる。上記サンドスクリーン１
０および上記表示スクリーン３２を設けることにより、
上記スクリーンの周りの早期の砂利パッキングが防止さ
れ、従ってこの位置におけるサンドブリッジが回避され
る。
【００２１】磨きボアニップル３４が、上記スクリーン
１０と表示スクリーン３２の間に設けられ、このボアニ
ップル３４に、上記洗浄パイプ３０が密封嵌合して、ス
ラリを表示スクリーン３２に循環させる。このようにし
て、いかなる早期の砂利の堆積も防止される。ケーシン
グ１４およびスクリーン１０の間の環状空間２８が完全
にパックされると、表面ポンプは圧力の上昇を示し、こ
の圧力の上昇により、残りの水やゲルが上記環状空間か
ら地層へと押し出される。それからゲルと砂利のスラリ
は、油あるいはガスを含む地層によって脱水される。同
時に、穴２０に砂利が詰め込まれる。より大きい圧力の
上昇は、砂利パック作業の終了を示している。最後に、
洗浄パイプ３０が上記磨きニップル３４から引き抜か
れ、サービス・シール・ユニット（ＳＳＵ）が、作業ス
トリング３６の収縮によって、上方パッカー２２から引
き抜かれる。
【００２２】上記のサンドスクリーン１０を図２に詳細
に示す。上記サンドスクリーン１０は、プレパック装置
であり、所定の長さ、例えば、約６m（２０フィート）
の孔あき管状マンドレル３８を有している。上記管状マ
ンドレル３８には、半径方向に複数の流路穴４０が開け
られており、この流路穴４０は上記マンドレル３８の長
さに沿って平行の螺旋状の路をたどっている。上記流路
穴４０は、外側スクリーン４２および内側プレパック４
４の許容範囲までマンドレル内に液体の流れを供給す
る。上記流路穴４０は、所望のパターンに配置したり、
予期される生産管１８内の流体流を収容するのに必要な
面積に応じて数量を変化させてもよい。
【００２３】上記孔あきマンドレル３８は、好ましく
は、その両端部において、上記磨きニップル３４および
生産管１８とねじ込み結合するねじ込みピンコネクショ
ン４６を備えている。外側のワイヤスクリーン４２の両
端部は、環状溶接端部４８によって、上記マンドレル３
８に取り付けられている。
【００２４】上記外側スクリーン４２は、流体を通し、
粒子を通さない部材であり、マンドレル３８とは切り離
して形成されている。本実施例では、外側スクリーン４
２は、外側スクリーンワイヤ５０を有しており、この外
側スクリーンワイヤは縦に延びる外側リブ５２上に何重
も、好ましくは螺旋状に巻き付けられている。外側スク
リーンワイヤ５０は、互いに縦に間隔を開けて巻き付け
られ、それによって、流体が流れる長方形の隙間を形成
している。液体流は導くが砂や他の固結していない地層
物質を除外するために、上記隙間は上記縦のリブ５２お
よびワイヤの巻付けによって形成されている。
【００２５】図５に示すように、外側スクリーンワイヤ
５０は、略台形の断面において３.５６mm（１４０ミ
ル）の高さに対し、２.２９mm（９０ミル）の大きさが
典型的である。外側スクリーンワイヤにおける隣接して
いる巻間の最大縦間隔Ａは、除外すべき微粉の最大直径
によって決まる。隣接しているワイヤの巻間の隙間Ａは、
０.５１mm（２０ミル）であるのが典型的である。これ
により、外径を７５.４４mm（２.９７インチ）とする
と、外側スクリーン４２を介して、１線フットに付き約
１３００mm2（２０平方インチ）の流入面積を与えるこ
とができる。
【００２６】外側スクリーンワイヤ５０および外側リブ
５２は、ステンレス鋼あるいは他の溶接可能な物質で作
られており、外側スクリーンワイヤ５０が外側リブ５２
上に交差する各ポイントにおいて、抵抗溶接部によって
接合されているので、外側スクリーン４２は、マンドレ
ル３８上に取り付けられる前に自立する単一の装置であ
る。複数の外側リブ５２は円周方向に互いに間隔を開け
ており、プレパックスリーブ４４を収容するための適当
な大きさを有するプレパック用環状空間５４を設けるた
めに、所定の直径を有している。この縦の外側リブ５２
は、内側プレパックスリーブ４４と外側スクリーン４２
の間のスペーサとして機能する。
【００２７】上記プレパックスリーブ４４およびその周
辺の外側スクリーン４２は、輸送や挿入時の乱暴な取り
扱いに加え、極端な井戸の穴の中の状態、例えば、摂氏
約５０〜３００度の温度幅、約６〜１２度の地層流体の
ｐＨ、約１３８×１０5Ｐa（２,００psi）までの高地層
圧、そして、例えば、硫化水素や二酸化硫黄のような亜
流酸化合物を約２０重量％までの濃度で含む腐食性の地
層流体との接触に耐えることができるようでなければな
らない。
【００２８】本実施例では、上記内側プレパックスリー
ブ４４は、管状マンドレル３８に対し、同心に配置され
ており、外側スクリーン４２の内側のプレパック用環状
空間５４内に同心に配置されている。そのため、内側プ
レパックスリーブ４４は、管状マンドレル３８および外
側スクリーン装置４２に係合することにより固定され
る。
【００２９】砂利パック作業に続いて最初に生じる微粉
は、かなり小さい粒径、例えば、２０〜４０メッシュを
有している。従って、外側スクリーンワイヤ５０の巻間
の間隔寸法Ａ（図５）は、２０メッシュを超える砂の微
粉を除外するように選択される。
【００３０】プレパックスリーブ４４は、マンドレル３
８からも外側スクリーン４２からも切り離して形成され
ており、焼結粉末金属でできた、単一で多孔性のボディ
を備える。上記金属はステンレス鋼あるいはモネル（Ｍ
ＯＮＥＬ）とインコネル（ＩＮＣＯＮＥＬ）という商標
名で売られているようなニッケルおよびニッケルクロム
合金等の対蝕性金属が好ましい。好ましいことに、焼結
金属製のプレパックスリーブ４４は、約１０〜６０メッ
シュに対応する約１０〜１５０ミクロン（μm）の大き
さの孔を持つマトリックスを提供する。
【００３１】焼結金属製のプレパックスリーブ４４は、
等圧圧縮技法により加工される。この等圧圧縮技法にお
いて、適当な粒子長を有する粉末金属、例えば、５０〜
１,４００ミクロン（μm）のステンレス鋼スライバー
が、適当な長さと直径の管状金型に注がれる。そして、
この粉末金属を金型内で約４４８×１０6Ｐa（６５,０
００psi）の圧力で２０分から２時間圧縮し、粉末金属
製のスリーブを形成する。そして、圧縮された粉末金属
製のスリーブを焼結炉に移動し、この焼結炉を華氏１,
６００〜２,１００度（摂氏８７１〜１,１４８度）の範
囲の温度に数時間加熱する。この焼結作業が完了する
と、焼結されたスリーブは冷却され、所望の長さに切断
する加工がさらに施される。
【００３２】上記多孔質金属製のプレパックスリーブ
は、使用される金属粉末の個々のスライバの大きさによ
って決まる平均孔寸法の多様な分布を有している。ステ
ンレス鋼および高ニッケル合金においては、平均孔寸法
は、好ましいことに、０.０２５４mm（０.００１イン
チ）から０.１５２４mm（０.００６インチ）である。青
銅で被覆したニッケルにおいては、平均孔寸法は、０.
０２５４mm（０.００１インチ）から０.５０８mm（０.
０２０インチ）の範囲にわたる。加圧（あるいは成形）
後、多孔性の管が炉の中で焼結され、孔空間を複数残し
ながら個々の粒子が完全に結合される。その結果、すべ
て金属からなる結合体のプレパックスリーブが形成され
る。
【００３３】焼結多孔質金属の特別な隙間および外側ワ
イヤターンスクリーンの構成は、孔のあいたマンドレル
の基礎から始まる。孔のあいたマンドレル３８は、焼結
プレパックスリーブ４４および外部ワイヤを巻付けられ
たスクリーン４２を支持する。孔のあいたマンドレル３
８の上には、約０.６３５mm（０.０２５インチ）〜５.
０８mm（０.２００インチ）の範囲の厚さの側壁を有す
る薄肉（高透過性）の焼結多孔質金属スリーブ４４が配
置されている。しかし、普通、焼結管は、１.５９mmか
ら３.１８mm（１６分の１から８分の１インチ）の厚さ
の側壁を有するものである。ワイヤラップ４２の標準の
強力構造が、焼結金属製のプレパックスリーブ４４を保
護するために用いられる。
【００３４】上記焼結工程の結果、上記プレパックスリ
ーブ４４は全て焼結粉末金属で作られ、この焼結粉末金
属は成形されて金属的に一体の剛構造に形成される。加
熱段階の間、複数の結合金属スライバは、高温および高
圧条件の下で粒子を焼結した結果、原子間の拡散によっ
て互いに接着される。多孔度は、初期粒度および等圧圧
縮用圧力に比例する。上記の通り、平均５０〜１,４０
０ミクロン（μm）の長さを有するステンレス鋼スライ
バは、約４１４×１０6Ｐa（６０,０００psi）で圧縮さ
れ、華氏約１,８００度（摂氏約９８２度）から華氏約
２,１００度（摂氏約１,１４８度）で焼結されると、約
４０メッシュに対応する約１００ミクロンの孔を複数生
じる。
【００３５】焼結金属製のプレパックチューブは、図２
および図６に示すように、同心で、継ぎ目なしの管状形
に構成することができる。継ぎ目のない管状の形が使用
されると、上記プレパックスリーブ４４は、各端部でマ
ンドレル３８の外面に溶接される。
【００３６】次に、図３、図４、図５、図７、図８およ
び図９を参照すると、焼結金属製のプレパックチューブ
４４は、複数の金属スライバを平らなシートに圧縮形成
し、このシートを焼結し、続いて直円柱の形にロールす
ることによって成形する。そして、上記孔のあいたマン
ドレル３８がこのようにして形成された直円柱状のプレ
パックチューブ４４に挿入され、長手方向の縁部４４
Ａ,４４Ｂが、長手方向のシーム溶接部Ｗによって一緒
に接合される。
【００３７】本発明の好ましい特徴において、マンドレ
ル３８の外面部３８Ａは、冶金結合でシーム溶接部Ｗと
接合される。上記ロールされたプレパックチューブ４４
の縁部４４Ａ,４４Ｂおよびマンドレルの表面３８Ａ
は、これら縁部４４Ａ,４４Ｂの間に伸びるギャップＧ
に沿って溶接具が一回通過する間に共に溶接される。
【００３８】上記焼結金属製のプレパックスリーブ４４
を孔の開いたマンドレル３８上に溶接した後、これを外
側スクリーン４２の穴に挿入する。上記縦リブ５２、外
側スクリーンワイヤ５０および焼結プレパックスリーブ
４４が、環状溶接部４８によって、マンドレル３８の下
端上に共に溶接される。上記焼結金属製のプレパックス
リーブ４４は、上記環状溶接部４８と外側スクリーン４
２とマンドレル３８とによって、上記プレパック用環状
空間５４内に保持される。上記マンドレル３８およびプ
レパックスリーブ４４が、上記プレパック用環状空間５
４に装填されると、上記リブ５２の両端と、外側スクリ
ーンワイヤ５０と内側プレパックスリーブ４４は、環状
溶接部４８によって、マンドレル３８の上端に共に接
合、固定される。この配置によって、上記プレパックス
リーブ４４は、マンドレル３８の一部分となり、作業準
備が整ったことになる。
【００３９】ここで説明する発明の重要な特徴は、プレ
パックスリーブ４４の有効流入面積が外側スクリーン４
２の有効流入面積よりもかなり大きいため、生産流れが
プレパックスリーブ４４上における粒子の局部堆積によ
って制限、妨害されないということである。これは、焼
結金属製のプレパックスリーブ４４の単位面積当たりの
多孔度を上記外側スクリーン４２の外側スクリーンワイ
ヤ５０および縦リブ５２によって提供される流れ面積よ
りもかなり大きくなるように選択することによって可能
となる。
【００４０】１０ミクロン〜１５０ミクロン（μm）の
大きさの砂の粒子を通過させる大きさの孔を得ることが
望ましい。１０〜１５０ミクロンとは、砂利パックが最
後に凝集して清浄な物を生産する前の生産工程の間に生
産される砂の微粒子の大きさである。従って、用途によ
っては、多孔度を１００から２００ミクロン（μm）の
範囲にまで増加させ、砂利のパックが固まる前に目詰ま
りを引き起こし得る大きさである４０〜６０メッシュの
大きさの粒子を通過させることが望ましい。
【００４１】本発明の一実施例において、上記焼結金属
製のプレパックスリーブ４４に、電解研磨を施してその
多孔性を増大させ、孔の大きさの幅が１００〜２００ミ
クロン（μm）で、かつ、孔の平均サイズが約１５０ミ
クロン（μm）である４０〜６０メッシュの有効な多孔
性を持つスクリーンを作り出す。電解研磨は、金属を蒸
着するというより分離する電気化学加工である。この電
解研磨加工において、上記焼結金属製のプレパックスリ
ーブ４４は、適当な電解槽の中で陽極を形成する。この電
解槽は、電圧が加えられた場合、上記焼結金属製のプレ
パックスリーブ４４の表面全体に分極された層あるいは
膜を形成する。上記分極された膜は、焼結金属製のプレ
パックスリーブ４４の表面上の微小凹部上では最も厚
く、微小凸部上では最も薄くなる。上記分極された膜が
最も薄くなるところでは、電気抵抗が最も少なく、従っ
て、金属の溶解速度が最も速くなる。従って、電解研磨
の段階において、スクリーンの表面の微視的高所が、微
視的谷間部分よりもずっと速く選択的に除去され、それ
によって、非常に平らで、滑らかで、光沢のある表面を
作ることができる。
【００４２】電解研磨加工の予想外の利点は、焼結金属
材料が微視的谷間部分から除去されるので、孔の大きさ
が増すことである。５０〜１,４００ミクロンの範囲内
の長さを有し、４１４×１０6Ｐa（６０,０００psi）で
圧縮されたステンレス鋼のスライバでできた上記焼結金
属製のプレパックスリーブ４４においては、約１００ミ
クロン（μm）あるいはそれ以下である初期の平均の孔
の大きさが得られた。しかし、電解研磨して滑らかな表
面を作った後では、平均の孔の大きさは４０〜６０メッ
シュに相当する約１５０ミクロン（μm）にまで増加し
た。
【００４３】電解研磨の結果、引掻ききず、金属片およ
び埋封された研磨粒子を取り除くことによって、耐腐食
性は改善される。機械的なストレスは、電解研磨段階の
結果、プレパックスリーブ４４の表面層から表面損傷や
冷間加工影響を取り除くことによって、取り除かれる。
さらに、電解研磨加工は、外表面積を９０％も減少させ
ることによって焼結金属製のプレパックスリーブに非粒
状表面を作り出す。表面のむらを大部分取り除くことに
よって、核形成部位がほとんど残らない。核形成部位は
１０ミクロン（μm）〜１５０ミクロン（μm）の大きさ
の粒子が捕まり、あるいは止められて、目詰まりを引き
起こす。電解研磨は、さらに、焼結金属製のプレパック
スリーブの外面上の粗い突出部を取り除くかあるいは丸
くするので、この表面の摩擦係数を減少させる。
【００４４】図１０に示す顕微鏡下断面図は、焼結金属
製のプレパックスリーブ４４を電解研磨することによっ
て得られたマトリックスの孔を拡大したものを示してい
る。各粒子４４Ｃの縁は丸くなり、そして、開口４４Ｄ
は、形が不規則ではあるが、約１００から約２００ミク
ロン（μm）の範囲内にある大きさを有しているという
ことが示されている。
【００４５】焼結金属製のプレパックは、石油製造産業
において重要な技術上の利点を提供する。焼結金属製の
プレパックスリーブの多孔度は、主に金属粒子の大きさ
の選択によって決まるが、電解研磨によって必要なだけ
増大することができ、目詰まりを引き起こす砂の粒子を
除外することができる。また、本質的に安定しており、
従来のワイヤを巻付けられたスクリーンに匹敵するほど
の機械的強度を有する。スクリーンの表面の不規則性
は、電解研磨によって取り除かれ、それによって、砂の
粒子が捕まって目詰まりを引き起こす可能性のある核形
成部位の数を減少させる。
【００４６】上記プレパックスリーブ４４の焼結金属材
料は、高塩化物／高温の井戸の条件ばかりではなく、酸
処理および刺激化合物にも耐える耐蝕性合金の金属スラ
イバでできている。焼結金属製のプレパックスリーブ
は、６〜９m（２０〜３０フィート）かそれ以上の連続
した長さで加工することができるので、比較的大きい流
入表面積を有しており、この比較的大きい流入表面積
は、流体の流入速度が比較的遅い井戸完成体、例えば、
水平井戸完成体において使用するのに特によく適合す
る。
【００４７】さらに、上記プレパックスリーブ４４は、
本質的に安定した焼結金属スライバで作られており、従
来の生産管と同じ方法および同じ工作機械で、成形、機
械加工、切断、溶接、および工作をすることができる。
焼結金属製のプレパックスリーブは、所望の長さに加工
することができ、また、従来の生産管と同じ方法で機械
加工や工作を行うことができる。本発明は、従来のプレ
パックに優る次の重要な利点を提供する。
【００４８】
【発明の効果】
１．プレパックスクリーンの結合体材料はステンレス鋼
あるいは他の耐蝕性合金であるので、腐食性の刺激性流
体ばかりではなく、穴の下方の状態によって生じる腐食
に対して非常に強い。
【００４９】２．焼結金属の固結物はエポキシ樹脂のプ
レパックよりも強度が大きい上、延性があるので、エポ
キシの固結物とは異なり、曲がってもひび割れない。
【００５０】３．破損した砂利パック(たとえばパック
の中のボイド)に対する「保証」を要求する穴下方の環境
で使用されるのによく適している。そして、固結されて
いない砂利でできたプレパックに共通なチャネリング効
果を防止する。多孔質の結合体材料は、その本質的な安
定性によって、砂粒子による目詰まりに抵抗できる。
【００５１】４．その大きい強度は、環状プレパックの
厚さに対する必要性を否定する。だから、巻き付けワイ
ヤーの直径を小さくしつつも、最大の浸蝕保護を提供す
ることができる。これは、パック設置のための一層大き
い環状空間を提供する。
【００５２】５．焼結金属の結合は、化学結合をなくす
ので、珪砂やエポキシよりも耐高温性、耐蝕性がある。
【００５３】６．プレパックスリーブは、従来のプレパ
ック材料に比べて、径方向の厚さを薄くでき、内側のマ
ンドレルの流れを制限することも、マンドレルの強度を
妥協させることもない。所定の大きさの砂微粒子を排除
するという能力を犠牲にすることなく、最大内径と最小
外径を有する井戸用スクリーンにおけるプレパックの結
合体材料の体積を最小にすることが可能である。
【００５４】したがって、本発明は、次のような結合体
材料製のプレパックを有する井戸用スクリーンを提供す
るために用いることができる。このプレパックは、所定
の大きさの砂微粒子を排除できる寸法に形成され、多孔
質で、本質的に安定しており、従来の砂利結合体のプレ
パックスクリーンに匹敵する機械的強度を有するもので
ある。本発明のスクリーンは、地層流体の流入速度が比
較的低い井戸、たとえば、水平井戸などでの使用に適合
することができる。
【００５５】本発明は、油井について、好ましい実施例
を用いて説明したが、本発明は上記のものに限られるも
のではない。当業者ならば、上記の説明や図面から、開
示された実施例の種々の変更や変形が思い浮かぶであろ
う。たとえば、水井戸、ガス井戸や油井、また、監視井
戸や回収井戸や廃棄井戸を含めての環境井戸、立て井戸
と水平井戸、等において、流入する井戸流体から固結さ
れていない物質を取り除くことである。したがって、上
記請求の範囲の欄に記載されたものは、本発明の範囲内
でのいかなる変更、変形も含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 製造域で吊されている本発明のプレパック井
戸用スクリーンを有する油井完成体の部分断面かつ部分
破断立面図である。
【図２】 本発明によって構成されたプレパック井戸用
スクリーン装置の部分切断斜視図である。
【図３】 図２に示される井戸用スクリーンプレパック
装置の部分破断斜視図である。
【図４】 図２の４−４線で切断した２重スクリーン用
プレパック装置の断面図である。
【図５】 図４の５−５線で切断した２重スクリーン用
プレパック装置の一部分の拡大断面図である。
【図６】 図２に示される継目のない焼結金属製のプレ
パックの斜視図である。
【図７】 図３に示される溶接された焼結金属製のプレ
パックの斜視図である。
【図８】 孔のあいたマンドレル上に組み立てられる溶
接された焼結金属製のプレパックの部分破断斜視図であ
る。
【図９】 図８の９−９線の断面図である。
【図１０】 本発明によって製造された焼結金属製のプ
レパックの外面部分で得られる顕微鏡下断面図である。
【符号の説明】
１０…井戸用スクリーン、１２…井戸穴、１４…ケーシ
ング、１８…生産管、２８…環状空間、３８…マンドレ
ル、４２…外側スクリーン、４４…内側プレパック（プ
レパックスリーブ）、４４Ａ，４４Ｂ…縁部、４８…環
状溶接部、５０…外側スクリーンワイヤー、５２…リ
ブ、５４…プレパック用環状空間。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ・イー・スパングラー アメリカ合衆国77041テキサス州ヒュース トン、クリアー・コーブ・レイン10410番 (72)発明者 トーマス・ブイ・マロルゾ アメリカ合衆国75229テキサス州ダラス、 キャメロット・ドライブ3311番

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 孔のあいた管状のマンドレルと、 上記マンドレルに径方向に間隔をあけて取り付けられ
    て、上記マンドレルとの間にプレパック用の環状空間を
    形成する流体透過・粒子制限部材とを備え、 焼結金属製の透過性スリーブが上記プレパック用環状空
    間に設けられていることを特徴とする地層流体から粒状
    物質を分離するための井戸用スクリーン。
  2. 【請求項２】 孔のあいた管状のマンドレルと、 上記管状のマンドレルに同心に取り付けられた焼結金属
    製の透過性スリーブとを備え、 上記焼結金属製のスリーブに、流体透過・粒子制限部材
    を取り付けたことを特徴とする地層流体から粒状物質を
    分離するための井戸用スクリーン。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の井戸用スクリ
    ーンにおいて、上記焼結金属製のスリーブは径方向の側
    壁厚さが略０．６３５mm〜５．０８mmの範囲内にある井
    戸用スクリーン。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
    井戸用スクリーンにおいて、 上記流体透過・粒子制限部材は、周方向に間隔をあけて
    設けられ長手方向に延びるリブワイヤーと、上記リブワ
    イヤーの外側に、長手方向に間隔をあけて巻回されたス
    クリーンワイヤーとを備えて、地層流体を通過させるス
    クリーン開口を長手方向に間隔をあけて形成し、また、
    上記長手方向に延びるリブワイヤーは上記外側に設けら
    れたスクリーンワイヤーと上記焼結金属製のスリーブと
    の間に設けられている井戸用スクリーン。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
    井戸用スクリーンにおいて、 上記焼結金属製のスリーブの端部と、上記流体透過・粒
    子制限部材の端部とを上記マンドレル上に結合する環状
    溶接部を上記マンドレルの両端部に有する井戸用スクリ
    ーン。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の
    井戸用スクリーンにおいて、 上記焼結金属製のスリーブは継ぎ目のない管によって形
    成されているか、あるいは、焼結金属製の平らなシート
    を直円柱状に丸めた後、隣接する縁部を溶接することに
    よって形成されている井戸用スクリーン。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の井戸用スクリーンにお
    いて、 上記丸められた平らなシートの隣接する縁部は長手方向
    の溶接シームに沿って上記管状のマンドレルに溶接され
    ている井戸用スクリーン。
  8. 【請求項８】 径方向に貫通する複数の開口が長手方向
    に間隔をおいて設けられている長い管状のマンドレル
    と、 上記マンドレルに略同心に取り付けられた外側ワイヤー
    スクリーンを備え、 上記外側ワイヤースクリーンは、周方向に間隔をあけて
    設けられ長手方向に延びる外側リブワイヤーと、上記外
    側リブワイヤーの外側に巻回されると共に、この外側リ
    ブワイヤーとの実質的全部の接触点で外側リブワイヤー
    に溶接されている外側スクリーンワイヤーとを備えて、
    地層流体を通過させる外側スクリーン開口を長手方向に
    間隔をあけて形成した井戸穴内設置用の井戸用スクリー
    ンにおいて、 環状溶接部が上記マンドレル上に形成され、この環状溶
    接部は上記外側スクリーンワイヤーの端部と上記外側リ
    ブワイヤーの端部を接続して上記ワイヤースクリーンを
    上記マンドレルに対して径方向に間隔をあけて同心に配
    置させて、プレパック用の環状空間を形成し、 透過性の、焼結金属製スリーブが上記環状空間に設けら
    れていることを特徴とする井戸用スクリーン。
  9. 【請求項９】 水井、油井、ガス井および回収井戸内の
    流入井戸流体から非固結物質を分離する井戸用スクリー
    ンであって、 焼結金属材料でできた管状の多孔質体を備え、上記多孔
    質体は、非圧縮時の長さが約５０〜１４００ミクロンの
    範囲内にある圧縮金属スライバを備えていることを特徴
    とする井戸用スクリーン。
  10. 【請求項１０】 流体透過・粒子制限部材を備えて地層
    流体から非固結物質を分離する井戸用スクリーンであっ
    て、 上記流体透過・粒子制限部材は、焼結粉末金属でできた
    多孔質管体からなり、この多孔質管体は、 まず、平均長さが約５０〜１４００ミクロンの金属スラ
    イバを金型内に入れ、次に、上記金属スライバを上記金
    型内で圧縮し、 次に、上記圧縮された金属スライバを、これらの金属ス
    ライバに粘着性を持たせて互いに結合させるのに十分な
    温度で炉内で加熱し、流れ領域の大きさが約１０〜１５
    ０ミクロンの開口を有する金属的に一体の多孔質構造物
    を形成することによって形成されたものであることを特
    徴とする井戸用スクリーン。
  11. 【請求項１１】 管状の側壁を有し、この側壁を径方向
    に貫通する複数の開口が長手方向に間隔をおいて設けら
    れている長い管状のマンドレルと、 地層流体を導くために長手方向に間隔をあけた外側スク
    リーン開口を形成する周方向に巻回されたワイヤーを有
    し、上記マンドレルを囲むワイヤースクリーンとを備え
    た井戸穴内設置用の井戸用スクリーンにおいて、 透過性の焼結金属製スリーブが上記マンドレルに同心に
    取り付けられ、 また、上記ワイヤースクリーンは、上記焼結金属製スリ
    ーブの径方向外側にこの焼結金属製スリーブと略同心に
    なるように、上記マンドレルに取り付けられていること
    を特徴とする井戸用スクリーン。
  12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれか１つに記
    載の井戸用スクリーンにおいて、 上記焼結金属はステンレス鋼またはニッケルまたはニッ
    ケルクロム合金である井戸用スクリーン。
  13. 【請求項１３】 下記の工程を備えたことを特徴とする
    井戸用スクリーンのためのプレパックスリーブを製造す
    る方法。 (a) 平均長が約５０〜１４００ミクロンの範囲内にあ
    る金属スライバを作成する工程。 (b) 上記金属スライバーを金型内で略４１４×１０6〜
    ４４８×１０6Ｐaで圧縮する工程。 (c) 上記圧縮された金属スライバを、これらのスライ
    バに粘着性ができて互いに結合するまで、炉の中で約８
    ７１〜１１４８℃の温度で焼結する工程。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載のプレパックスリー
    ブを製造する方法において、 上記圧縮工程(b)をキャビティを有する金型の中で行っ
    て、圧縮金属スライバの平らなシートを作製し、上記圧
    縮金属スライバを上記工程(c)で焼結した後に、焼結金属
    の平らなシートを実質的にシリンダーの形状に丸め、こ
    の後、上記シリンダーの隣接縁部を溶接することを特徴
    とするプレパックスリーブを製造する方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１３に記載のプレパックスリー
    ブを製造する方法において、 上記圧縮工程(b)をキャビティを有する金型の中で行っ
    て、圧縮金属スライバの平らなシートを作製し、上記圧
    縮金属スライバを上記工程(c)で焼結した後に、焼結金属
    の平らなシートを実質的にシリンダーの形状に丸め、上
    記シリンダーの隣接縁部を互いに溶接すると共に長手方
    向の溶接シームに沿って管状のマンドレルに溶接するこ
    とを特徴とするプレパックスリーブを製造する方法。
JP33628892A 1991-12-16 1992-12-16 井戸用スクリーンおよびスクリーン用プレパック Pending JPH05248161A (ja)

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US07/807,720 US5190102A (en) 1990-10-22 1991-12-16 Sintered metal substitute for prepack screen aggregate
US807720 1991-12-16

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JPH05248161A true JPH05248161A (ja) 1993-09-24

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