NO318373B1 - Radialstromsfilter og fremgangsmate til fremstilling av dette - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til fremstilling av-et radial-strømsfilter som er egnet til anvendelse som et inntaksfilter for produksjonsrør til en underjordisk fluidbrønn, idet rørene har en forutbestemt ytre diameter.

Foreliggende oppfinnelsen vedrører videre et radialstrømsfilter.

Inntaket til mange underjordiske fluidbrønner (olje, gass, svovel, vann etc.) inkluderer ofte et filter for å sikte ut sand og liknende forurensinger fra fluidet før fluidet pumpes til overflaten. Dersom det ikke er frembrakt noen form for filter for fluid som ankommer brønnen, kan sand og andre forurensinger som vanligvis følger med i fluidet, teknisk redusere levetiden for brønnens pumpe og/eller annen apparatur som brønnen er forbundet med.

Inntaksfilteret for en underjordisk brønn er ofte et radialstrømsfilter. Generelt er denne type filter rørformet i konfigurasjon og omslutter et produksjonsrør som har et antall perforeringer for å slippe fluid radialt inn i produksjonsledningen. Fra innløps-punktet strømmer fluidet bort, mens det beveger seg aksialt inne i røret. Når røret er en del av produksjonsrøret for en underjordisk brønn strømmer fluidet oppover til jordoverflaten; pumping er vanligvis påkrevet. Selvfølgelig kan strømmingsretningen reverseres for andre formål. Således kan det fluid som skal filtreres ankomme røret og strømme utover gjennom rørets perforeringer og gjennom et omsluttende filter inn i et kammer eller en passasje for det filtrerte fluid.

Et av de bedre eksempler på et radialstrømsfilter som er benyttet for varig anvendelse i en underjordisk fluidbrønn er US-patent 2,217,370. I dette patent blir et metal-lisk trådduksfilter kveilet skrueformet rundt et perforert rør, hvor flere lag trådduk kan påføres. Trådduken bør ha ganske små åpninger for å filtrere ut sand og andre fine partikler og kan dermed være forholdsvis kostbar og vanskelig å produsere dersom filteret skal være effektivt. Videre er filteret vanligvis forholdsvis kort i aksial lengde. Lange filtre av denne type har vært vanskelig å fremstille. Ved kommersiell anvendelse fremviser filteret av denne type ofte vesentlige problemer både driftsmessig og økonomisk.

Et annet eksempel på et radialstrømsfilter beskrives i GB A 2169018, som omhandler et radialstrømfilter bestående av et perforert indre rør, sammentrykte metallfibrer utenpå det indre røret, og et ytre perforert rør, slik at metallfibrene holdes på plass mellom ytre og indre rør. Fluid strømmer fra utsiden av anordningen gjennom perforeringene i det ytre røret, gjennom metallfibrene der faste partikler tilbakeholdes, og videre gjennom perforeringene til det indre røret.

Et annet materiale som har vært benyttet i radialstrømsfilteret, inklusive inntaksfiltre som benyttes i underjordiske brønner, er en komprimert, filtliknende filterull. Ullen kan være fremstilt av ordinære stålfibere, rustfrie stålfibere, andre metallfibere, ek-sempelvis messing, eller endog ikke metalliske fibere. Den beste levetid oppnås vanligvis med rustfritt stål, noe som rettferdiggjør dets forholdsvis høye pris. Med et filtermateriale av metallull opptrer det liten vanskelighet ved å begrense passasje-størrelse, slik at sand og liknende forurensinger ikke kan passere gjennom filteret, og fluidstrøm stenges ikke av. Men radialstrømsfilteret for brønner som krever eller behøver filtre av lengde over 150 cm fortsetter å fremvise merkbare vanskeligheter driftsmessig, økonomisk og i fremstilling.

Et formål med oppfinnelsen er å frembringe en ny og forbedret fremgangsmåte for fremstilling av et langt radialstrømsfilter som er egnet til anvendelse som et inntaksfilter for en underjordisk fluidbrønn, og som effektivt løser de foregående problemer.

Et spesifikt mål ifølge oppfinnelsen er å frembringe en ny og forbedret fremgangsmåte til fremstilling av et radialstrømsfilter som er enkelt og lite kostbart, og som ikke er begrenset når det gjelder filterlengden.

Et annet mål ifølge oppfinnelsen er å frembringe et nytt og forbedret langt radial-strømsfilter av tidligere ukjent konstruksjon, som er enkelt, lite kostbart og har lang levetid.

Fremgangsmåten og radialstrømsfilteret ifølge foreliggende oppfinnelsen kjenne-tegnes ved de karakteriserende deler av de selvstendige krav 1 og 7. Fremgangsmåten og radialstrømsfilteret ifølge foreliggende oppfinnelsen-kjenne-tegnes videre ved de uselvstendige krav 2-6 og 8-13.

Figur 1: viser et forenklet, delvis skjematisk vertikalsnitt av en konvensjonell

underjordisk brønn;

Figur 2: viser et forenklet, delvis skjematisk planriss av et mellomliggende trinn i en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten til fremstilling ifølge den foreliggende oppfinnelse; Figur 3: viser et forenklet oppriss av apparaturen fra figur 2 med en del av vedkommende apparatur utelatt for bedre illustrasjon av det gjenværende; Figur 4: viser et skjematisk vertikalsnitt tatt omtrent langs linje 4-4 i figur 2;

og

Figur 5: viser et snitt av et radialstrømsfilter som er konstruert ifølge en

foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen.

Figur 1 gir et forenklet delvis skjematisk vertikalsnitt av en konvensjonell underjordisk brønn 20. Brønnen 20 kan være en oljebrønn, en gassbrønn, en svovelbrønn eller endog en vannbrønn, selv om den brønnkonstruksjon som er vist i figur 1 er mer kompleks enn de fleste vannbrønner. Brønnen 20 starter over jordoverflaten 21 og omfatter et brønnhull som strekker seg ned gjennom overliggende lag 23 og et fluid-forekomstlag 24 inn i det underliggende lag 26. Borehullet for brønn 20 kan være foret med en rørformet kledning 31 som har et antall åpninger eller slisser 32 i det produserende lag eller forekomsten 24. Det kan være injiseringsmørtel 34 rundt yttersiden av kledningen 31. Kledningen 31 er vanligvis et stålrør, selv om deler av kledningen kan være dekket med elektrisk isolasjon eller partier av selve kledningen kan være utført av en isolator slik som fiberforsterket plast (FRP). Injiseringsmør-telen 34 kan være porøs nok til å slippe gjennom fluid, kan være perforert for å tillate fluid tilgang til åpninger 32 i foringen 31, eller kan være helt utelatt rundt det hele eller et parti av den kledning som er lokalisert innen det produserende lag, forekomsten 24. Det skal bemerkes at dimensjonene i figur 1, og i figur 2 - 5, i noen tilfeller har vært forskjøvet for å gjøre illustrasjonen mer hensiktsmessig.

Fluid fra brønnen 20 pumpes oppover gjennom den øvre del av et produksjonsrør 36 ved hjelp av en pumpe 38, og ut gjennom et fluidproduksjonsutløp 40. Utløpet 40 strekker seg gjennom et brønnhode 42 som inkluderer driftsmekanismene for brøn-nen, særskilt pumpestangen 44 som strekker seg nedover fra brønnhodet 42 til pumpen 38.

Under pumpen 38, i figur 1, er det en multiperforert rørlengde 46 som egentlig er et perforert parti av røret 36. Rørpartiet 46 er lokalisert innen fluidforekomsten 24, i den samme del av brønnen 20 som kledningsperforeringene 32. Rørpartiet 46 og dets perforeringer 50 befinner seg innenfor et radialstrømsfilter 48 som kan ha den konstruksjon som er vist i den førnevnte US-patent nr. 2,21,370.

Under driften av brønnen 20, passerer fluid fra forekomsten 24 gjennom injiserings-mørtelen 34 og gjennom perforeringer 32 inn i det indre av kledningen 31, som vist ved piler A. Fluidet passerer deretter gjennom filteret 48, som stopper sand og andre forurensinger som er dratt inn i fluidet. Det filtrerte fluid ankommer det indre av pro-duksjonsrørets 36 parti 46 gjennom perforeringene 50 i denne del av produksjons-røret. Fra rørseksjonen 46 pumpes fluidet oppover til overflatens 21 nivå gjennom det indre av produksjonsrøret 36, ved hjelp av pumpen 38, og strømmer ut gjennom utløp 40, som vist ved pilene B og C. Så lenge som filter 48 har en forholdsvis kort aksial lengde L, fungerer filteret godt og kan på konvensjonell måte fremstilles både raskt og økonomisk. Men dersom den lengde L som kreves for filteret 48 overskrider ca. 150 cm, oppstår merkbare problemer, som diskutert i det foregående. Målet med den foregående oppfinnelse er å løse disse problemer.

Figurene 2 og 3 gir forenklede skjematiske illustrasjoner av en apparatur for fremstilling av et langt radialstrømsfilter som er egnet i inntaket for produksjonsrørene i en underjordisk fluidbrønn, ifølge den foreliggende oppfinnelse. Apparaturen fra figurene 2 og 3 omfatter en motorisk dreibenk 120 som inkluderer en spindeldokke 122 spatiert fra en pinoldokke 124 i motstående ender av en vange 126, figur 2. Dreibenkvangen 126 kan inkluderer partier 126a og 126b; se figur 3. Pinoldokken

124 på dreibenken 120 kan være montert på en medbringer 128 som i sin tur bæres av hjul 130 i kontakt med en lederskinne 132.

Den apparatur som er illustrert i figur 2 inkluderer videre to ytterligere lederskinner 133 og 134 som er parallelle med men spatiert fra lederskinnen 132. Det foreligger også to medbringere 135 og 136 som beveger seg langs og ledes av hhv. skinnene 133 og 134. Med bringeren 136 bærer en tilførselsrull 138 av en strimmel 139 av filterull som er beskrevet mer fullstendig i det følgende. Rullens 138 akse 140 er, på medbringeren 136, justert slik at strimmelen 139 er i en spiss vinkel X i forhold til dreibenkens 120 akse 142. Medbringeren 135 på skinnen 133 bærer en fluidtrykk-sylinder 144 med en stempelstang 145 som bærer en trykkplate 146 som er ytterligere beskrevet i det følgende. Det kan frembringes to stopporganer 148 for å sikre nøyaktig posisjonering av spindeldokke-medbringer langs skinnen 132.

Det første trinn, i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er å frembringe en forvalgt

lengde L av et multiperforert rør, som tjener til sentral bærer for radialstrømsfilteret. I figurene 2 og 3 er det multiperforerte rør et mellomliggende parti 152, med en lengde L av et lengre rør 150 som senere skal tjene som produksjonsrør for en underjordisk brønn. Lengden L overskrider vanligvis 150 cm; for å gjennomføre de største forde-lene ifølge oppfinnelsen, før den benyttes når den påkrevde filterlengde L er 300 cm eller mer. Ved oppstart, monteres røret 150 i dreibenken 120 med rørets perforerte parti 152 posisjonert mellom spindeldokke 122 og pinoldokke 124 som vist i figurene 2 og 3.

Før prosessen her går videre, er det på dette punkt vanligvis ønskelig å montere ett ettlags underlagsorgan 154 av metalltrådduk, ikke vist i figurene 2 og 3, men vist i figur 4, på rørets 150 parti 152 mellom dreibenkens 120 spindeldokke og pinoldokke. Alternativt kan underlaget 154 av metalltrådduk monteres på rørets 150 parti 152 før rørets monteres i dreibenken 120. Trådduken 154 er ikke vist i figur 2 eller figur 3.

Det neste trinn i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er å innrette filterrullstrimmelen 139 i en spiss vinkel X i forhold til røraksen 142. Enden av filterrullstrimmelen, vanligvis metallull, festes deretter til den ene ende av rørets 150 lengde 152. I figur 2 er dette gjort ved å montere lagringsrullen 138 med ullstrimmel på tilbringeren 136 med dens akse 140 i den ønskede vinkel i forhold til posisjonsstrimmel 139 for å avskjære røraksen 142 i den spisse vinkel X. Dreibenken 120 betjenes nå for å rotere røret 150 som vist ved pil D. Figurene 2 til 4. Rotering av røret 150 drar filterrullstrimmelen 139 fra dens lagringsrull 138 i retning av pil E. Figurene 2 og 3. Strimmelen 139 holdes under spenning mens den skueformet kveiles rundt rørpartiet 152; et mellomliggende punkt i kveilingen av et første lag av filterrullstrimmelen på røret er vist i figur 2.1 løpet av kveilingsoperasjonen tvinger sylinder 144 og stempel 145 platen 146 henimot røret i retning av pil H (figurene 2 og 4) for å hjelpe til å opprettholde spenningen i strimmelen 139 og sikre fast pakking av lagene av strimmel rundt røret.

Et første lag av filterrullstrimmel kveiles rundt det perforerte parti 152 av røret 150 langs dets lengde L. I løpet av denne operasjon, bør strimmelen 139 holdes under spenning. Platen 146 og dens driftsmekanisme 144, 145 kan være tilstrekkelig til dette formål; imidlertid kan noen grad av drag på rotasjonen av ulltilførselsrullen 138 eller annen anordning for å sikre opprettholdelse av spenning på strimmelen 139 være nødvendig. Under kveilingen av alle lagene med ullstrimmel på røret 150, bør tilbringerne 144 flyttes langs baner som er parallelle med røret (se pilene F og G i figur 2) slik at en jevn skueformet kveiling utføres. Det er formålet med førings-skinnene 133 og 134 i deres engasjement med hhv. tilbringer 135 og 136.

Når et fullstendig første lag av filterrullstrimmelen 139 er kveilet fast på det perforerte rørpartiets 152 fulle lengde L, blir tilbringernes 135 og 136 bevegelsesretning, som har vært fra venstre til høyre som sett i figur 2, reversert. Som et resultat blir et andre lag av filterull fast, skueformet kveilet på det perforerte rør. Når det andre lag er fullstendig, blir tilbringernes 135 og 136 bevegelsesretninger igjen reversert og et tredje lag startes. De alternerende tilbringerbevegelser frem og tilbake gjentas, med røret 150 roterende kontinuerlig i dreibenken 120, inntil det ønskede antall skueformede lag av filterull er lagt over hverandre rundt røret 150, og nærmere bestemt dette rørs perforerte parti 152. Antallet lag som benyttes er et spørsmål om å tilfredsstille filter-kravene for en gitt anvendelse; fortrinnsvis bør det være minst fem lag og ofte så mange som femten lag eller mer.

I noen anvendelser, spesielt i noen underjordiske fluidbrønner, slik som "horisontale" oljebrønner, kan det være nødvendig med svært lange filtre, opp til lengder av flere hundre meter eller mer. Det er vanligvis uhensiktsmessig å fremstille et filter med en lengde L på noe vesentlig mer enn ti meter. Ved anvendelse av denne type, kommer det at pinoldokken 124 er iboende bevegelig i bruk; pinoldokken flyttes til høyre langs føringsboret 132, som sett i figur 2 og 3, for å bringe et ytterligere perforert parti av rør 150 i posisjon mellom dreibenkens 120 pinoldokke og spindeldokken. Med denne modifikasjon av pinoldokkens 124 posisjon, kan den prosess som er beskrevet i det foregående gjentas til dannelse av et andre filter som er aksialt forskjøvet fra det første filter langs røret 150. Noen form av tetningsring {ikke vist) bør vanligvis monteres mellom tilstøtende filtre.

Figur 5 viser et lengdesnitt av et radialstrømsfilter 240 som er konstruer tifølge den foreliggende oppfinnelse. Det inkluderer et parti av multiperforert rør 252 med den lengde L og en yttersides diameter som svarer til et uperforert rør 250; røret 250 kan være produksjonsrøret til en fluidbrønn. En sveiseskjøt 251 er vist å sammenføye det multiperforerte rør 252 og uperforerte rør 250 ende til ende slik at røret 252 i praksis er en fortsettelse av røret 250.

Det foreligger et rørformet trådd uk 254 rundt yttersiden av det multiperforerte rør 252, langs den lengde L hvori perforeringene 255 er synlige. Utover rettet fra trådduken 254 er det et antall lag 256 av ulliknende filterfibere som er plassert i overlappende relasjon med hverandre. Lagene 256 er hver for seg dannet fra en strimmel av ullfibere, vanligvis metallfibere, som er kveilet helisk, under spenning, rundt det perforerte rør 252 på en måte som er beskrevet i det foregående. Tre lag er vist i figur 5; mange flere lag med filterull kal benyttes, avhengig av det anvendelsesom-rådet hvori filter 240 benyttes. Ullagene filtrerer ut sand og andre forurensinger fra fluid som passerer inn i det indre av filteret og ut gjennom røret 250. Et rørformet skall 260, med en lengde L og et antall åpninger eller slisser 262, passerer stramt over det ytterste av lagene med filterull 256. En hette 264 kan være fremlagt ved den ende av rørpartiet 252 som er motstående til utløpet, rør 250.

Operasjonen av filter 240, figur 5, er meget enkel. Fluid med sand eller andre inn-fangede forurensinger ankommer åpningene 262 i skallet 260 som vist med piler M. Fluidet passerer gjennom multiple lag 256 av filterull, og legger den meddrevne sand og andre forurensinger igjen. Det filtrerte fluid ankommer det sentrale, åpne areal i rør 252 gjennom dets åpninger 255 og strømmer ut av filteret, som vist ved piler N. Selvfølgelig er det nødvendig med en trykkdifferensial gjennom antallet lag av filteret 240 av hensyn til opprettholdelse av kontinuerlig strømning, men det er nødvendig for praktisk talt et hvert filter. Videre er strømmen reversibel, med den samme filter-effekt.

Trådduken 254 mellom røret 252 og antallet lag 256 av filterull tjener til et bestemt formål i filteret 240. Dersom det ikke foreligger noe trådduk 254, kan fluidet, over tid, tendere til å utvikle forholdsvis store passasjer mellom i det minste noen av de ytre åpninger 262, i skallet 260, og de indre åpninger 255 i rør 252. Denne passasjeutvi-delse kan redusere effektiviteten av filteret 240, med det resultat at mindre sand og andre forurensinger filtreres ut av det fluid som går gjennom filteret.

I alle utførelsesformer av oppfinnelsen, foretrekkes rustfritt stålull. Stålullstrimmelen kan ha dimensjoner som er tilpasset en gitt anvendelse; typisk, i oljebrønner, dannes metallullstrimmelen fra fibere med en gjennomsnittlig tykkelse på 85 mikron og en gjennomsnittslengde på ca. 1 meter. Filterullstrimmelen er ofte 10 cm bred og ca. 0,3 cm. tykk, men disse dimensjoner er underlagt betydelig variasjon. En vanlig diameter for en lagringsrull av ullfiberstrimmel er ca. 0,5 meter når rullen er full.

Claims (13)

1. Et radialstrømsfluidfilter for en underjordisk brønn, karakterisert v e d at det omfatter: en lengde L av multiperforert rør (252) med en ytre diameter som svarer til diameteren til produksjonsrørene i underjordisk brønn; et flertall overlappende lag (256) av en strimmel (139) av fibrøst metallull som er kveilet skrueformet, under spenning, i en forutbestemt spiss vinkel X rundt utsiden av lengden L av det multiperforerte rør (252), slik at tilgrensende lag (256) er vinkelforskjøvet i forhold til hverandre med en vinkel 2X; og et multiperforert rørformet skall (260) med en lengde L, og som passer stramt rundt det ytterste lag (256) av det fibrøse metallull.

2. Et radialstrømsfluidfilter i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det ytterligere omfatter: en rørformet metalltrådduk (254) som omslutter utsiden av røret (252), mellom røret og i det minste noen av lagene (256) av metallull.

3. Et radialstrømsfluidfilter i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det ytterligere omfatter: en rørformet metalltrådduk (254) som omslutter utsiden av røret mellom røret (252) og det innerste lag (256) av metallull.

4. Et radialstrømsfluidfilter i samsvar med ett eller flere av krav 1-3, karakterisert ved at metallet til metallullen er rustfritt stål.

5. Et radialstrømsfluidfilter i samsvar med krav 2 eller 3, karakterisert ved at metallet til den rørformede metalltrådduk (254) er rustfritt stål.

6. Et radialstrømsfluidfilter i samsvar med krav 2 eller 3, karakterisert ved at den rørformede trådduk (254) er en vevd trådduk av rustfritt stål.

7. Fremgangsmåte til fremstilling av et radialstrømsfilter ifølge krav 1-;som er egnet til anvendelse som et inntaksfilter for produksjonsrør (150) til en underjordisk fluidbrønn (20), idet produksjonsrøret har en forutbestemt ytre diameter D, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: a. å tilveiebringe en forutbestemt lengde L av et multiperforert rør (152) med en ytre diameter D1 som svarer til diameteren til produksjonsrøret (150) til en underjordisk fluidbrønn; b. å montere lengden av multiperforert rør i en dreiebenk (120) med lengden L av multiperforert rør (152) anordnet mellom dreiebenkens (120) spindeldokke (122) og pinol (124); c. å innrette en strimmel (139) av metallfiberull med metallullstrimmelens lengde i en bestemt skarp vinkel X med aksen til det multiperforerte rør (152); d. å feste én ende av strimmelen (139) av metallfiberull til én ende av rørlengden (152); e. å sette i gang dreiebenken (120) til å rotere røret (152) og samtidig å føre strimmelen (139) av metallull langs en bane som er parallell med røret (152), fra den éne ende av rørlengden L til den andre, slik at metallullstrimmelen kveiles skrueformet på røret (152) i en vinkel X, fra én ende av rørlengden L til den andre, mens metallullstrimmelen (139) holdes under spenning; og f. å gjenta og reversere trinn E for å påføre flere overlappende lag av metallull til utsiden av rørlengden L (152), idet strimmelen danner alternerende lag (256) av filterull som er vinkelforskjøvet i forhold til hverandre med en vinkel 2X.

8. Fremgangsmåte til fremstilling av et radialstrømsfilter i samsvar med krav 7, karakterisert ved at strimmelen (139) av filterull i trinn C er en filtaktig strimmel av tilfeldig rettede metallfibere, hvor strimmelen (139) har en jevn tykkelse og en jevn bredde.

9. Fremgangsmåte til fremstilling av et radialstrømsfilter i samsvar med krav 7 etler 8, karakterisert ved at strimmelen (139) av metallull i trinn C er i en rull (138) med en forutbestemt akse, og aksen til rullen er rettet slik at strimmel (139) er i den spisse vinkel X i forhold til det multiperforerte rør.

10. Fremgangsmåte til fremstilling av et radialstrømsfilter i samsvar med krav 7, 8, eller 9, karakterisert ved at lengden L av det multiperforerte rør (152, 252), trinn A, er minst 304 cm.

11. Fremgangsmåte til fremstilling av et radialstrømsfilter i samsvar med ett eller flere av krav 7-10, karakterisert ved at det ytterste lag av metallull som dannes i trinn F har en gitt ytre diameter D2, og ved at fremgangsmåten omfatter det følgende ytterligere trinn; g. å montere et multiperforert skall (260) rundt det ytterste lag av metallull (256), hvor skallet har en indre diameter som er omtrent like stor som den ytre diameter D2 til det ytterste lag av metallull (256).

12. Fremgangsmåte til fremstilling av et radialstrømsfilter i samsvar med ett eller flere av krav 7-11, karakterisert ved at antallet gjentakelser i trinn E er minst ni, slik at minst ti lag (256) av metallull påføres til ytresiden av rørlengden (252).

13. Fremgangsmåte til fremstilling av et radialstrømsfilter i samsvar med ett eller flere av krav 7-12, karakterisert ved at den omfatter de følgende ytterligere trinn: h. å mate det multiperforerte rør (152) aksialt gjennom dreiebenken for å plassere en andre lengde L av multiperforert rør mellom dreiebenkens spindeldokke (122) og pinoldokke (124); og i. å gjenta trinnene C, D og E for den andre lengde rør til påføring av et flertall overlappende lag av metallull til yttersiden derav.