NO309395B1 - Sandfilter til bruk i en brönn - Google Patents

Abstract

Det er gjort rede for et rørformet sandfilter for bruk i for-bindelse med vann-, gass- og oljeutvinning, og som er utformet til å slippe vann/olje men ikke sandpartikler igjennom radialt gjennomgående spalter, som ytterst er formet mellom trådvindinger (26) som sandfiltrets ytre, rørformede sillegeme (24) er bygget opp av. For å oppnå større mekanisk styrke, er nevnte tråd i vindingene utformet med i dens lengderetning fordelte kantutsparinger som blir til lengdebegrensede spalter (30) i sillegemets (24) rørformede tilstand. Motstående sideflatepartier (28) av tilstøtende trådvindinger (26) ligger avstøttende an mot hverandre, hvilken anleggs-kraft er rettet i sandfiltrets lengdeakseretning og bidrar til å øke sandfiltrets mekaniske styrkeegenskaper.

Description

Denne oppfinnelse vedrører et sandfilter til bruk i en brønn utformet med tverrgående innstrømningsspalter gjennom en ytre rørvegg, hvor innstrømningsspaltene er dannet mellom vindinger av tråd i et i sandfilteret inngående, ytre, rørformet sillegeme, som er festet til et indre, gjennomhullet rør via mellomliggende avstandsorganer, og hvor sandfilteret også for øvrig er av den art som er angitt i den innledende del av patentkrav 1.

Ved én kjent type sandfiltre av angjeldende art har nevnte tråder et massivt, polygonalt, for eksempel triangulært - tverrsnitt, og trådviklingene er anbrakt ved siden av hverandre i en viss avstand, som fra en radialt ytre minsteav-stand hvor det dannes en meget smal innløpsspalte for eksempelvis olje fra omliggende formasjon i reservoaret, til en utløpsspalte for olje ved rørlegemets indre mantelflate. Den ytre innløpsspalte er så smal at sandpartikler og andre uønskede partikler som måtte følge med oljen, hindres i å komme inn i sandfilteret.

Ved kjente profilerte tråder for dette formål har tverrsnittsformen en omkrets svarende til en likebenet trekant med forholdsvis kort grunnlinje i forhold til sidene, slik at vinkelen ved toppunktet er ca. 30°, og selve toppunktshjørnet er noe avrundet.

Under fremstillingen av disse rørformede sandfiltre, blir det indre perforerte rør rotert under den skruelinjeformede påvikling av den profilerte tråd som flere ganger per tråd-vinding sveises fast til frie ytre endekanter av nevnte avstandsorganer i form av langsgående lister.

Disse sandfiltre kan fungere tilfredsstillende ved vertikale borehull, selv om de ikke oppviser de optimalt ønskede styrkeegenskaper.

Ved avviksboring, særlig ved begynnende avviksboring fra et foret vertikalt borehull, viser imidlertid de styrkemessige svakheter seg hos disse kjente sandfiltre.

Ved boring av et avvikshull med utgangspunkt i et vertikalt borehull hvor foringsrør er satt og sementert fast, blir det i borehullet ført ned et kileformet, oppad avsmalnende styrelegeme for borekronen som skal benyttes for boringen av av-vikshullet.

I en begynnende fase av den egentlige avviksboring, under nevnte kilelegemes styrende påvirkning, skjærer en spesialborekrone seg igjenom foringsrøret og lager et langstrakt hull i dette. Hullet i foringsrøret vil etterlate en skarp kant som sandfilterets viklede sillegeme vil kunne hekte seg fast i, slik at et langsgående parti av sandfiltret ødeleg-ges, idet de rundtgående tråder presses mot hverandre i ett lokalt parti, hvorved deres mellomliggende spalter åpner seg og antar uregelmessig store silåpninger hvor sandpartikler senere lett kan passere når brønnen er satt i produksjon.

For å motvirke denne ufordelaktige effekt ved avviksboring og annen boring, blir det ifølge kjent teknikk ofte plassert en perforert hylse på utsiden av sandfiltret. Denne silhylse kan riktignok i en viss grad redusere de nevnte ulemper ved å forsterke sandfiltret i forhold til eksempelvis nevnte for-ingsrørhull, men innfører derved andre problemer.

Denne kjente ytre silhylse som omslutter kjente sandfiltres indre silrør, er også følsom overfor den skadesrisiko som den skarpe hullkant i foringsrøret representerer, og silhylsen bevirker utover dette den klare ulempe at sandfiltret til-føres økt vekt og dimensjon i bredden. Slike sandfiltre kan være temmelig lange, eksempelvis fra 500 til 1500 meter, og nevnte vektøkning kan bli ganske betydelig.

U.S. patentskrift nr. 3,709,293 omhandler et sandfilter utformet med tverrgående innstrømningsspalter gjennom en ytre rørvegg, der innstrømningsspaltene er dannet mellom trådviklinger, idet mellomliggende anslagsorganer eller knaster som er fordelt i omkretsretningen, holder trådviklingenes motstående lengdekanter i avstand fra hverandre i rørenes akseretning. Trådviklingene er ved dette kjente sandfilte ikke utformet med kantutsparinger ved sin ene langside for dannelse av nevnte spalter i sillegemets viklede, sammensatte tilstand, idet det er knastene som sørger for å opprette og opprettholde nevnte innstrømningsspalter.

Ved dette kjente sandfilter har derfor motstående sideflatepartier av tilgrensende trådvindinger i mellomrommene mellom nærliggende spalter ikke noen mulighet til å legge seg av-støttende an mot hverandre, for derved bedre å motstå defor-masjon og skade, samt derav følgende funksjonsforringelse, når sandfilteret utsettes for ytre sammentrykkingskrefter.

U.S. patentskrift nr. 1,845,265 omhandler en lignende filter-konstruksjon for en brønn hvor meget korte avstandsorganer har nøyaktig den samme virkning som knastene ved U.S. patentskrift nr. 3,709,293. To ytterligere U.S. patentskrifter nr. 1,339,898 og 5,311,942 omhandler lignende viklede, sammensatte sillegemer som inngår i undersjøiske sandfiltre.

Et viktig formål med oppfinnelsen har derfor vært å skaffe til veie et sandfilter av angjeldende art som tåler ytre på-virkninger av en helt annen størrelsesorden enn kjente sandfiltre med motsvarende dimensjoner, uten å deformeres/skades og forringes funksjonelt.

Formålet er realisert ved at et sandfilter i overensstemmelse med den innledende del av patentkrav 1, er utformet slik at det oppviser de særtrekk som er angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1.

Ifølge oppfinnelsen er motstående sideflatepartier av tilgrensende trådvindinger mellom spaltene anbrakt slik at de ligger i så minimal avstand fra hverandre i nevnte rørformede sillegemes lengdeakseretning at de umiddelbart vil kunne legge seg avstøttende an mot hverandre når sandfilteret utsettes for ytre sammentrykkingskrefter, og den radiale ytter-flaten av hver vindingstråd i sillegemes viklede, sammensatte tilstand har en konveks krumning slik at den frembyr en avrundet flate som letter passering av hindringer i brønnen. Ved sandfilterets passasje igjennom eksempelvis et foringsrør i brønnen, vil de avrundede radiale flater av vindingstrådene lettere kunne gli uhindret over fremstikkende kantpartier på foringsrør, utstyr eller verktøy uten å huke seg fast i samme.

Den profilerte tråd er derfor utformet med utsparede sidepartier hvori hver utsparing strekker seg over en brøkdel av en trådvikling, slik at det - når trådviklingenes motstående sider (radialt) ytterst legges an mot hverandre - vil dannes spalter, som kan, men ikke behøver å ligge i flukt med hverandre i silrørets lengde- og/eller tverretning. Eksempelvis kan de radialt gjennomgående, lokale spalter som dannes ved viklingen av siltråden, ligge ordnet rekkevis i sillegemets omkretsretning, hvor rekkene er innbyrdes parallellforskjø-vet, skrått i forhold til sillegemets rørakse. En typisk spalteåpning kan være 0,2 - 0,4 mm.

Den mekaniske styrke hos et sandfilter bygget opp med et slikt ytre sillegeme er betydelig større enn ved kjente og

tradisjonelle sandfiltre, hvilket skyldes at de i skruelinjeform forløpende trådvindinger ligger avstøttende an mot hverandre over en vesentlig del av sin lengdeutstrekning, det vil si i sillegemets omkretsretning. Av fremstillingstekniske år-saker vil det gjerne være 1/100 mm avstand mellom trådvinnin-gene.

Ved et trådtverrsnitt som i alt vesentlig svarer til en likebenet trekant, vil det ved den foreliggende oppfinnelse være fordelaktig å utforme tverrsnittet slik at det nærmest grunnlinjen oppviser to parallelle rette sidepartier som danner langsgående skulderpartier av den profilerte tråd. De langsgående kantutsparingene utformes ved denne profilerte tråd i det ene eller i begge skulderparti, mens partiene mellom kantutsparingene blir liggende an mot naboskulderpartiene, hvilket gir sandfiltrets ytre sillegeme en betydelig mekanisk styrke.

Når et slikt sandfilter utsettes for ytre krefter, eksempelvis trykk- eller strekkrefter, vil innbyrdes tilgrensende trådvindinger, mellom nevnte spalter, avstøtte hverandre, og denne gjensidige avstøtting forplanter seg over hele det lengdeavsnitt som underkastes påkjenninger.

Nevnte stort sett likebenede trekant-tverrsnitt med i hovedsak parallelle sidepartier ytterst, er ikke kritisk for opp-nåelse av oppfinnelsens funksjon og formål. Det kan således tenkes andre tverrsnittsformer for den profilerte tråd, for eksempel med sirkulær omkrets.

Ikke-begrensende eksempler på utførelsesformer av oppfinnelsen forklares i det etterfølgende under henvisning til medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et vertikalsnitt gjennom en formasjon i hvilken det via et vertikalt borehull med foringsrør, med en spesialborekrone er boret et avvikshull hvorved det er dannet et langstrakt hull i foringsrøret; Fig. 2 viser, i større målestokk, et perspektivisk delriss av et sandfilter med et ytre rørformet sillegeme bygget opp av profilert tråd ifølge oppfinnelsen, sveiset til ytre ender av radiale, i og for seg kjente avstandsstykker som ved sine indre ender ligger an mot et perforert rør; Fig. 3 svarer til fig. 2, men viser en variant av et sandfilter uten perforert innerrør. Fig. 4 viser et kort langsgående parti av et sandfilters ytre, rørformede sillegeme i sideriss; Fig. 5 viser et utsnitt fra fig. 4 i større målestokk; Fig. 6 svarer til fig. 4, men viser en annen plassering av de i omkretsretningen ifluktliggende rekker av gjennomgående spalter; Fig. 7-11 viser hver tverrgående snitt igjennom fire tilgrensende trådvindinger, i hvert enkelt tilfelle utformet i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, idet: Fig. 7 viser fire tilgrensende trådviklinger som inngår som ytre rørformet element i et sandfilter av angjeldende art, hvor trådtverrsnittet, bortsett fra kantutsparingene ifølge oppfinnelsen, er av kjent type; Fig. 8 svarer til fig. 7, men viser et annet trådtverrsnitt i henhold til snittlinjen VIII - VIII i fig. 5; Fig. 9 svarer til fig. 8, men viser et annet trådtverrsnitt særlig ved den radialt ytre flate som her er svakt avrundet; Fig. 10 viser samme trådtverrsnittsform som fig. 8, men her er snittet lagt ved X - X i fig. 5, slik at de spaltedannende kantutsparinger ikke sees; derimot fremgår det at motstående sideflatepartier (skulderpartier) av tilstøtende trådvindinger ligger avstøttende an mot hverandre; jfr. fig. 4; Fig. 11 illustrerer en anvendelig, men mindre aktuell trådtverrsnittsform, nemlig sirkulær; og Fig. 12 svarer til fig. 10, men viser et utsnitt i betydelig større målestokk.

Det henvises til tegningene, først til fig. 1 som i over-siktsriss illustrerer et parti i en brønn hvor sandfiltre av angjeldende art kan bli utsatt for store påkjenninger.

I et vertikalt borehull 10 er satt og fastsementert et for-ingsrør 12. I dette er drevet ned en lang, smal kile 11 som smalner av i retning oppover og tjener som styrelegeme ved boring av et avvikshull 14. Avviksboringen utføres med en spesialborekrone som vil lage et meget langstrakt hull i for-ingsrøret. Foringshull-lengden i vertikalretningen er antydet ved 16.

Foringsrørkantene rundt det langstrakte hull skaper tradisjo-nelt store påkjenninger på sandfilteret når dette føres gjennom hullåpningen. Spesielt filterets ytre rørformede sillegeme som er bygget opp av nevnte spunne/påviklede tråd med gjennomgående innløpsspalter over hele dens viklingslengde, slik at trådviklingene tvinges ut av sine tilsiktede posi-sjoner og åpner enkelte mellomliggende innløpsspalter i en slik grad at de senere kan gjennomstrømmes av sandpartikler. Fig. 2 og 3 viser i perspektivriss et kort parti av den gene-relle konstruktive oppbygging av slike sandfiltre.

Et slikt sandfilter omfatter ofte et indre rør 18 utformet med radialt gjennomgående hull 20. Til det perforerte in-nerrør 18 er det utvendig plassert et antall radiale/aksiale avstandsorganer 22 i form av korte, langsgående lister som er fordelt i innerrørets 18 omkretsretning i ens vinkelavstan-der. Det kan for eksempel være anordnet 20 slike avstandslis-ter 22 ekvidistant plassert rundt sandfiltrets akse. Avstandslistene og det senere omtalte ytre, rørformede sillegeme består av materialer/metaller som er sveisbare til hverandre. Samenføyningsmåten er ikke gjenstand for denne oppfinnelse; heller ikke utformingen av det perforerte innerrør 18 eller avstandslistene 22.

Det ytre, rørformede sillegeme 24 er bygget opp av 360° rundtgående vindinger av fortrinnsvis profilert tråd 26. Med profilert tråd 26 menes her tråd som har en tverrsnittsform i omkrets som avviker avviker fra sirkulær. Tråden 26d er med denne definisjon ikke "profilert".

Det henvises her midlertidig til fig. 8 og 10 som viser en foretrukket utførelsesform for profilert tråd 26, her repre-sentert ved tverrsnittsformen hos tråden 26b.

Hovedformen på dette tverrsnitt er en likebenet trekant hvor de nærmest grunnlinjen beliggende sidepartier 28b er i det vesentlige parallelle, se særlig fig. 10 hvor snittet X - X i fig. 5 er lagt utenom de omkretsmessig avbrutte, spaltedannende kantutsparinger 30b, fig. 8.

Sidepartiene 28 i fig. 2 og 3 danner rundtgående skuldre som avbrytes av spalter 30 dannet av kantutsparingene 30a,

fig. 7.

I fig. 4 - 6 er beholdt samme henvisningstall som i fig. 2 og 3.

Det fremgår at motstående sideflatepartier av tilstøtende trådvindinger ligger nærmest avstøttende an mot hverandre i sandfiltrets omkretsretning, kun avbrutt av kantutsparingene 30, hvilket gir sillegemet 24 betydelige mekaniske styrkeegenskaper.

Ifølge fig. 6 er spaltene 30 i forhold til fig. 4 og 5 plassert slik at de ikke ligger i flukt i det rørformede sandfilters 18,22,24 lengdeakseretning, men ligger rekkevis paral-lellforskjøvet.

Det henvises til slutt til fig. 7-11 som viser noen ulike trådtverrsnittsformer.

I fig. 7, som for øvrig representerer et ordinært trådtverrsnitt, er det utformet kantutsparinger/spalter 30a eksempelvis plassert og fordelt som antydet i fig. 2 og 3 for spaltene 30.

Ifølge fig. 9 har trådvindingenes ytterflater 32 hver en viss krumning i omkretsretningen. Sandfiltre med en slik overflate vil lettere kunne gli langs rørvegger/brønnformasjoner/kanter etc. Fig. 10 (snitt X - X i fig. 5) viser samme tverrsnittsform som fig. 8 (snitt VIII - VIII i fig. 5) og anskueliggjør de store anleggsflater av motstående trådsidepartier som i denne utførelsesform ligger an mot hverandre. Fig. 12 viser samme tverrsnittsform som fig. 10, men i betydelig større målestokk, og anskueliggjør at det mellom to trådvindinger 28b er en meget smal spalte 29 mellom motstående sideflatepartier. Mellomrommet 29 skyldes fremstillings-prosessen som ofte ikke tillater at trådvindingene 29 ligger direkte avstøttende mot hverandre. Avstanden mellom trådvindingene 29 kan typisk være 1/100 mm.

Sandfilterets ytre rørformede sillegeme kan på kjent måte utformes av én enkelt tråd som under innerrørets 18 rotasjon vikles rundt dette i skruelinjeform, med tilgrensende skul-derpartiflater 28 på trådvindingene 26 (mellom spaltene 30) liggende tilnærmet avstøttende an mot hverandre, under fort-løpende sveising til ytterendene av avstandslistene 22.

Så snart tråden er viklet i skruelinjeform med innbyrdes motstående og anliggende sidepartier til dannelse av tettslut-tende skruelinjeform, omdannes disse kantutsparingene til lukkede spalter 30, se for eksempel fig. 2 og 3.

Kantutsparingene kan tas ut, eksempelvis freses ut, like før tråden 26 sveises til avstandslistene 22. Alternativt kan tråden 26 være prefabrikert med de ønskede kantutsparinger.

Et fordelaktig, men underordnet og således ikke kritisk trekk består i at kantutsparingenes 30 radiale utstrekning er len-ger enn skulderpartienes 28 radiale utstrekning. Av fig. 8 og 9 fremgår det at kantutsparingene 30b henholdsvis 30c i begge tilfelle har en radial utstrekning som overskrider skulder-partiene 28b henholdsvis 28c i samme retning.

Kantutsparingene som danner spaltene 30, vider seg ut i radial retning innover, slik at et sandkorn som først har kommet seg inn igjennom spaltens 30 innløpsparti, ikke får anledning til å kile seg fast.

Claims (5)

1. Sandfilter til bruk i en brønn utformet med tverrgående innstrømningsspalter (30) gjennom en ytre rørvegg, hvor innstrømningsspaltene (30) er dannet mellom vindinger av tråd (26) i et i sandfiltret inngående, ytre, rørformet sillegeme (24) som er festet til et indre, gjennomhullet rør (18) via mellomliggende avstandsorganer (22), hvilke innstrømningsspalter (30) i sillegemets (24) viklede, sammensatte tilstand danner lengdebegrensede åpninger som i omkretsretningen hver strekker seg over kun en mindre del av denne, hvilken tråd (26) på minst den ene langside, er utformet med i trådlengderetningen forløpende, avbrutte og fordelte kantutsparinger som i sillegemets (24) viklede, sammensatte tilstand danner nevnte innstrømningsspalter eller -åpninger (30), karakterisert ved at motstående sideflatepartier (28) av tilgrensende trådvindinger (26) mellom spaltene (30) ligger i så minimal avstand fra hverandre i nevnte rørformede sillegemes (24) lengdeakseretning at de umiddelbart vil kunne legge seg avstøttende an mot hverandre når sandfiltret utsettes for ytre sammentrykkingskrefter, og at den radiale ytterflate (32) av hver vindingstråd (26) i sillegemets (24) viklede, sammensatte tilstand har en konveks krumning slik at den frembyr en avrundet flate som letter passering av hindringer i brønnen.

2. Sandfilter utformet i overensstemmelse med krav 1, hvor nevnte sillegeme (24) er dannet av én i skruelinjeform vundet, profilert tråd med et i hovedsak likebenet trekan-tet tverrsnitt, karakterisert ved at trådsideflatepartier på motsatte sider av en likebenet trekants grunnlinje i trådtverrsnittet har et i det vesentlige innbyrdes parallelt forløp til dannelse av i nevnte tråds lengderetning forløpende, motsatte skulderpartier (28b, 28c) som utgjør nevnte sideflatepartier.

3. Sandfilter utformet i overensstemmelse med krav 3, karakterisert ved at den kantut spar ing (30) som nevnte tråd (26) er utformet med på sin ene eller begge motsatte, langsgående sidekanter, har en større radial utstrekning enn hvert av nevnte skulderpartier (28b,28c).

4. Sandfilter utformet i overensstemmelse med et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at hver av spaltene (30) har en radial utvidelse i retning innover.

5. Sandfilter utformet i overensstemmelse med et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det av tråden (26) viklede, sammensatte sillegeme (24) bærer de radialt innenfor seg beliggende avstandsorganer (22).