NO333758B1 - Brønnfilter, fremgangsmåte for fremstilling, samt fremgangsmåte for filtrering av brønnfluider. - Google Patents

Abstract

Et brønnfilter omfatter et rørelement med en vegg som fremviser en flerhet av åpninger (16). Åpningene har en utvendig bredde som er mindre enn en innvendig bredde. De deler av åpningene som fremviser den minste bredden avgrenses av radialt ytre deler av åpningene, slik at partikler eller sand som hindres i å strømme gjennom åpningen, vil ha en tendens til å bli holdt tilbake på utsiden av rørelementet.

Description

BRØNNFILTER

Den foreliggende oppfinnelse vedrører brønnfiltre, fremgangsmåter for filtrering av produserte fluider i brønnen og fremgangsmåter for fremstilling av brønnfiltre. Utførel-ser av oppfinnelsen vedrører brønnfiltre som for eksempel sandfiltre, som brukes til å hindre sand eller andre partikler som rives med produksjonsfluidet, i å strømme fra en produserende formasjon og inn i et brønnhull.

Det er som regel ønskelig at fluider som utvinnes fra brønnhullsformasjoner, som for eksempel olje og gass som produseres fra hyd roka rbonførende formasjoner, i alt vesentlig er fri for partikler eller sand. Forekomst av sand i produksjonsfluidet kan føre til blokkering, for tidlig slitasje og skade på ventiler, pumper og lignende. Produsert sand som skilles ut fra det produserte fluid på overflaten, må lagres og avhendes, noe som kan være vanskelig og dyrt, spesielt offshore. Dessuten kan ukontrollert produk-sjon av sand fra en formasjon føre til skade på selve formasjonen.

Det som kanskje er den vanligste måten å begrense sandproduksjon på, omfatter an-ordning av en mekanisk sandreguleringsinnretning som installeres i brønnen, og som får sanden til å danne broer eller filtrerer de produserte væsker eller gasser. Disse Innretninger kommer i mange former, herunder slissede forlengningsrør og trådviklingsfiltre. Det enkleste slissede forlengningsrør lages av et oljerør som er slisset i lengderetningen ved hjelp av en presisjonssag eller -fres. Et slikt forlengningsrør er forholdsvis rimelig og foretrekkes følgelig for brønner med lange kompletteringsinter-valler, men det har ikke et stort innløpsareal, og kan derfor være uegnet til brønner med høye strømningsrater. Tråd vi kl i ngsf iltre består av trapesformet, korrosjonsbe-standig metalltråd som er viklet om en boret eller slisses stamme, idet det ved hjelp av langsgående ribber er laget et mellomrom mellom tråden og stammen for å mulig-gjøre maksimal gjennomstrømning gjennom filteret.

US 4901417 omhandler en filterplate og en fremgangsmåte for å fremstille en filterplate for bruk ved trykkfiltrering av råmateriale for papirproduksjon, hvor filteret om fatter periferiske rader med hovedsakelig vertikal orientering og laser-utskårne angu-lære, adskilte slisser.

EP 586992 som anses å utgjøre nærmeste kjente teknikk, omhandler en rørseksjon med en spiral med utstrekning rundt dens ytre overflate. Rørseksjonen omfatter koneformede slisser med langsgående utstrekning som tillater fluid å komme inn i den indre boring i røret for å ta en prøve av grunnvannet eller annet fluid.

US 4343358 omhandler et brønnfilter av plast som består av en lengde av plastrør som har flere laser-utskårne koneformede slisser adskilt både aksielt og periferisk.

US 6354373 omhandler et spoleformet, utvidbart rør for bruk i et brønnhull, hvor ut-valgte partier av røret har flere hull eller slisser tilveiebrakt for å svekke røret for å understøtte ekspansjon av røret.

EP 1152120 omhandler en utvidbar filterinnretning omfattende et utvidbart bærerør og en deformerbar filterplate anordnet rundt bærerøret, hvor filterplaten har minst én laserutskåret perforering.

Andre sandreguleringsinnretninger omfatter en tynn filterplate lagt mellom et perforert bærerør og et perforert ytre deksel. Ved å anordne filterplaten i form av en flerhet av tynne, overlappende skiver og anordne et diametralt utvidbart bærerør og ytre deksel, er det mulig å fremskaffe en utvidbar sandreguleringsinnretning, som den som nærværende søker selger under varemerket ESS. I denne bestemte innretning er tynne, overlappende skiver av ikke-utvidbar, hullet metallfilterplate lagt mellom et slisset, utvidbart bærerør og et slisset, utvidbart, beskyttende deksel. Hver skive er festet til bærerøret langs en i aksialretningen løpende sveis, og skivenes frie ender er så lagt overlappende for å gi et irislignende arrangement. Ved utvidelse av filteret vil skivene i filterplaten gli over hverandre, idet omkretsen av hver skive er valgt slik at det i ut-videt konfigurasjon fremdeles eksisterer en viss grad av overlapping, og det dermed blir en sammenhengende filterplateomvikling.

Selv om slike utvidbare filterinnretninger med hell har vært brukt ved mange anled-ninger, er fremstillingen av innretningene forholdsvis vanskelig og kostbar, og plasse-ringen og den relative bevegelse av filterplatene under utvidelsesprosessen medfører en risiko for at filterplatene skal bli revet opp.

Utførelser av de ulike aspekter av den foreliggende oppfinnelse anordner alternative sandreguleringsinnretninger.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det anordnet et brønnfilter omfattende et rør-element hvorigjennom det er minst én laserutskåret åpning for filtrering av partikulært brønnmateriale, hvor åpningen har en buktende utforming og i det minste de ytre kantene av åpningen har blitt bråkjøleherdet.

Ifølge et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for filtrering av brønnhullsfluider, hvor fremgangsmåten omfatter: å plassere et brønnhullsfilter inne i brønnhullet der brønnhullsfilteret omfatter et rørelement hvorigjennom det er minst én laserutskåret åpning for filtrering av partikulært brønn-materiale, hvor åpningen har en buktet konfigurasjon og i det minste de ytre kanter av åpningen har blitt bråkjøleherdet; og føre brønnfluider inn i en indre passasje i rør-elementet gjennom åpningene med buktet konfigurasjon.

Dermed vil de deler av åpningene som oppviser den minste bredde, avgrenses av radialt ytre deler av åpningene, slik at partikler eller sand som hindres i å strømme gjennom åpningen, vil ha en tendens til å bli holdt tilbake på utsiden av rørelementet.

Nevnte utvendige bredde angir fortrinnsvis åpningenes minste bredde.

Nevnte deler av én eller flere åpninger som fremviser nevnte utvendige bredde, befinner seg fortrinnsvis på eller tilgrensende en ytre omkrets av rørelementet.

Det er hensiktsmessig dersom åpningene har en stort sett trapesformet profil eller kileformet profil. Åpningene kan imidlertid anta en hvilken som helst hensiktsmessig form, herunder en dyselignende form med konvekse sidevegger eller andre former med rettlinjete eller ikke-rettlinjede sidevegger.

Trapesformede åpninger kan skapes ved hjelp av laserskjæring, vannskjæring eller en hvilken som helst tradisjonell skjæreteknikk eller freseteknikk.

De former på åpninger som finnes i veggene av rørelementer i henhold til disse utfø-relser av den foreliggende oppfinnelse er selvsagt ikke lik de former på åpninger som ville fremkomme dersom en normalt hullet, plan plate hvor åpningene har parallelle vegger, rulles til en rørform, noe som har en tendens til å gi åpninger hvor åpningenes innvendige bredde er mindre enn den utvendige bredde. Videre vil et tradisjonelt slisset forlengningsrør som er laget av et oljerør slisset i lengderetningen ved hjelp av en presisjonssag eller -fres, fremvise parallelle sidevegger og ha en tendens til å ha en større utvendige lengde enn innvendig lengde. Således fremskaffer dette aspektet av oppfinnelsen den foretrukne form på åpningen for utestenging av sand som oppnås i trådviklingsfiltre, men uten den kompleksitet og kostnad som man forbinder med trådviklingsfiltre, og i en forholdsvis robust form.

Minst én åpning er laserkuttet og har en buktet konfigurasjon. Andre åpninger kan ha en hvilken som helst ønskelig konfigurasjon eller orientering, eller kombinasjon av

konfigurasjoner eller orienteringer, herunder åpninger eller slisser som strekker seg i lengderetningen, åpninger eller slisser som strekker seg i omkretsretningen, åpninger eller slisser som løper i spiralform, eller åpninger eller slisser som bukter seg i en bøl-geform eller i trinn.

Rørelementet er fortrinnsvis selvbærende, slik at elementet kan håndteres og fortrinnsvis også kjøres inn i og installeres i et borehull uten at det er behov for ekstra

bæreelement(er). Mest fortrinnsvis innbefatter rørelementet endekoplinger for å gjøre det mulig å innlemme rørelementet i en rørstreng. Rørelementet kan fremvise gjenge-de endepartier, som for eksempel tapp- og bokskoplinger, eller de kan ha ender som er tilpasset for å samvirke med koplingshylser. Antallet og formen på åpningene kan bestemmes med sikte på å gi rørelementet en ønsket styrke og trykkfasthet, og vil som sådan være avhengig av for eksempel rørelementets veggtykkelse, elementets diameter, materialet det er laget av, og hvorvidt elementet har vært eller vil bli var-mebehandlet, kaldbearbeidet eller på annet vis vil få sine egenskaper endret eller mo-difisert.

I andre utførelser kan rørelementet anordnes sammen med ett eller flere andre rør-elementer som befinner seg innenfor eller utenfor dette, hvor de andre rørelementer kan ha en bære- eller beskyttelsesfunksjon eller en filtreringsfunksjon. Én utførelse av oppfinnelsen innbefatter et innvendig støtterør i rørelementet, men er uten noe ytre beskyttende deksel.

I enkelte utførelser kan rørelementet være diametralt utvidbart. Slik utvidelse vil kun-ne besørges på mange måter; for eksempel kan elementets vegger strekke seg eller deformeres på annen måte, noe som kan medføre en forandring i formen på åpningene. I én utførelse kan rørelementets vegg innbefatte utvidbare partier, som de som beskrives i nærværende søkers PCT\GB2003\001718. Et foretrukket utvidbart rørele-ment har imidlertid i alt vesentlig sirkelrunde åpninger som etter diametral utvidelse antar en i omkretsretningen løpende slisseform med en mindre bredde enn de opprinnelige åpninger. De opprinnelige åpninger er fortrinnsvis skåret ut ved hjelp av laser.

Ifølge et annet aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for dannelse av et brønnfilterarrangement omfattende laserkutting i et metallfilterelement av minst én perforering for bruk i filtrering av partikulært brønn-materiale, hvor minst én perforering har en buktende form, og bråkjøleherding av i det minste de ytre kanter av perforeringen.

Eksisterende rørelementer slisses for å danne filtre ved hjelp av en presisjonssag eller -fres. Bruk av et presisjons-skjæreredskap er nødvendig for å gi den nøyaktig reguler-te slisse som kreves for å fremskaffe et effektivt filter med forutsigbare sandregule-ringsegenskaper. Imidlertid har nærværende søker nå oppnådd den tidligere uoppnåe-lige nøyaktighet som kreves i filterslisser eller -åpninger, ved hjelp av laserskjæring. En slisse skåret ut ved hjelp av laser har vanligvis en større bredde i endene, der hvor skjæringen startet og stoppet, noe som gir "hundebeinformede" slisser som har liten eller ingen praktisk nytte i filteranvendelser. I tradisjonelle laserskjæreoperasjoner anvendes en i det vesentlige konstant energimengde til laseren, og ved starten av skjæringen holdes laseren stille i forhold til arbeidsstykket til laseren har skåret gjennom metalldybden, før den så beveges langs arbeidsstykket for å skjære ut slissen og deretter stopper i enden av slissen. Nærværende søker mener, uten å ville være bun-det av teori, at der hvor laseren holdes stille i forhold til arbeidsstykket, vil energiover-føringen til arbeidsstykket fra laseren skape en dam av smeltet metall rundt det me-tallområde som fjernes gjennom fordampning, og denne dam av smeltet metall fjernes fra arbeidsstykket sammen med det fordampede metall. Dette har den virkning at slissebredden økes i forhold til de områder hvor laseren beveger seg i forhold til arbeidsstykket, og hvor det fjernes mindre metall gjennom denne mekanismen. Nærværende søker har funnet at det er mulig å unngå dette problemet ved å regulere laserenergien under skjæreprosessen, nærmere bestemt ved å redusere laserenergien når laseren står stille i forhold til arbeidsstykket. Derved har det vært mulig å skjære ut slisser som har en jevn bredde, og som egner seg til bruk i filteranvendelser. Andre teknikker kan brukes til å styre slissebredden, herunder det å redusere gjennom-strømningsmengden av spylegass og dermed redusere hastigheten ved hvilken det smeltede metall fjernes. Alternativt, eller i tillegg, kan det benyttes en impulslaser som frembringer diskrete energiimpulser, slik at et laserpunkt ved bruk ikke konsen-treres på arbeidsstykket lenge nok til at varmeenergi kan ledes inn i metallet som om-gir skjæreområdet.

Bruk av laser for å skjære ut perforeringene medfører mange fordeler. For det første kan perforeringene ha andre former enn de som kan oppnås ved hjelp av et tradisjonelt roterende skjæreredskap, og spesielt er det mulig å skjære ut smale slisser med buktende form. For det andre kan laserskjæreredskaper brukes sammen med spyling med gass som fører fordampet og smeltet metall vekk og kjøler ned det omgivende metall. Det kan benyttes oksygenspyling for å hjelpe den eksoterme reaksjon ved høye temperaturer, men for den foreliggende søknad foretrekkes inertgass-spyling. Det har imidlertid vist seg at gass-spylestrålene i tillegg til bare å gi nedkjøling, også har en herdende virkning på slissekantene, noe som har en tendens til å forsterke me-tallets hardhet rundt slissen, særlig ytterkantene av perforeringene. Dette er selvsagt det området av perforeringene som sannsynligvis vil måtte stå imot den kraftigste mekaniske nedslitingen.

Overraskende nok har det vist seg at forholdsvis tynne laserperforerte metallplater

kan deformeres, og i særdeleshet utvides, med ytterst liten fare for oppriving. Det har vist seg at perforeringene, som til å begynne med typisk er i alt vesentlig sirkelrunde, har en tendens til å deformeres ved diametral utvidelse av filterplaten for å anta form av lange slisser med en bredde som er mindre enn diameteren av de opprinnelige perforeringer.

Laserutskårne perforeringer har en tendens til å ha en trapesformet profil, og filterplaten er fortrinnsvis anordnet slik at den ende av hver perforering i filterlaget som har minst diameter, befinner seg grensende til utsiden av platen.

Det har vist seg at den laserperforerte plate er robust nok til å fjerne behovet for å anordne et beskyttende deksel rundt utsiden av platen, for således å forenkle fremstillingen av den utvidbare filterinnretning.

Den laserperforerte plate kan til å begynne med anordnes i en plan form og deretter vikles eller på annen måte formes rundt bærerøret. Kantene på platen kan sammen-føyes ved hjelp av en hvilken som helst hensiktsmessig fremgangsmåte, som for eksempel ved hjelp av en sveisesøm.

Disse og andre aspekter av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet gjennom eksempel, under henvisning til de ledsagende tegninger, hvor: Figur 1 er en skjematisk snittegning av en del av et brønnfilter, hvor filteret er vist plassert i et brønnhull; Figur la er en forstørret skjematisk snittegning langs linje a-a på figur 1; Figur 2 viser en del av et brønnfilter; Figur 3 viser en del av et brønnfilter; Figur 4 er prinsippskisse som viser et trinn i fremstillingen av et filter;

Figur 5 er en skjematisk illustrasjon av en del av et filter; og

Figur 6 er en tegning av en del av en filterplate i filteret på figur 5, vist etter diametral utvidelse av filteret.

Det henvises først til figur 1 av tegningene, idet denne er en skjematisk snittegning av en sandreguleringsinnretning i form av et brønnfilter 10. Filteret 10 er vist anbrakt i et borehull 12 som er blitt boret fra overflaten for å skjære gjennom en sandproduseren-de, hydrokarbonførende formasjon 14.

Filteret 10 omfatter et metallrør hvor det er skåret ut et stort antall i lengderetningen løpende slisser 16. Slissene 16 har en trapesform, det vil si at bredden av slissene øker fra utsiden av rørveggen W0til innsiden av rørveggenW|. Dette trekket er vist på figur la, som er en forstørret snittegning av en slisse 16 langs linje a-a på figur 1. Som vist, er den innvendige slissebredde w, større enn den utvendige slissebredde w0. Den ytre, minste bredde w0er valgt slik at den er mindre enn diameteren av de partikler man ønsker å hindre i å strømme fra formasjonen 14, gjennom rørveggen 18 og inn i rørboringen 20 (fagfolk på området vil selvsagt innse at dimensjonene på slissene 16 på denne og andre figurer er blitt overdrevet).

Det henvises nå til figurer 2 og 3 av tegningene, som viser alternative, buktende slisseformer, spesielt en chevron-form på figur 2 og en sinusbølgeform på figur 3.

Om ønskelig kan rørene forsterkes ved å anordne avstivningsribber som kan være utformet i ett stykke med rørveggen eller være sveiset eller på annen måte festet til denne, noe som muliggjør en større slissetetthet, for således å gi et stort innløpsareal. Ribbene kan løpe i en hvilken som helst ønsket retning avhengig av typen forsterkning som kreves eller ønskes. I andre utførelser kan rørveggen være korrugert for å øke trykkfastheten, som beskrevet i nærværende søkers PCT\GB2003\002880.

Det henvises nå til figur 4 av tegningene, hvor denne er en prinsippskisse som viser et trinn i fremstillingen av et filter i henhold til en utførelse. Figuren viser spesielt en la-serskjæreoperasjon, hvor et laserskjærehode 40 frembringer en energistråle 42 som brukes til å skjære ut en slisse 44 i veggen 46 av et metallrør 48.

Hodet 40 og røret 48 er montert for relativ bevegelse for å gjøre det mulig å skjære ut de ønskede slisseformer, enten disse er langsgående slisser, periferiske slisser eller buktende slisser.

Energitilførselen til hodet 40 fra den tilhørende strømkilde 50 reguleres ved hjelp av en datastyrt enhet 49, slik at når hodet 40 frembringer en energistråle og står stille i forhold til røret 48, reduseres energitilførselen, slik at den resulterende slissebredde blir den samme som den som avstedkommes når hodet 40 skjærer ut en slisse mens det beveger seg i forhold til røret 48.

Laserskjærehodet 40 er anordnet i forbindelse med et spylegassutløp, hvorfra det ret-tes en stråle av inertgass 52 mot og rundt skjæreområdet. Denne gassen 52 beskytter det varme metallet mot oksidasjon, og fører vekk det fordampede og smeltede metall som produseres som resultat av skjæreoperasjonen. Gassen 52 har også den virkning at den raskt kjøler ned det varme metallet i området rundt kuttet. Den påfølgende herdeeffekt er funnet å herde ytterkantene 54 av slissen.

Figur 5 er en delvis snittet illustrasjon av en del av en annen form for laserutskåret filter, og viser spesielt en del av en utvidbar brønnfilterinnretning 70 som omfatter et utvidbart, slisset bærerør 72 og en deformerbar metallfilterplate 74 som er montert over og rundt bærerøret 72, hvor filterplaten 74 fremviser en flerhet av perforeringer 76 skåret ut ved hjelp av laser. Den laserperforerte plate 74 anordnes til å begynne med i plan form, og vikles deretter rundt bærerøret 72. Kantene av platen kan sam-menføyes ved hjelp av en hvilken som helst hensiktsmessig fremgangsmåte, som for eksempel ved hjelp av en sveisesøm.

Man vil konstatere at perforeringene 76 i alt vesentlig er sirkelrunde, og ved utvidelse av filterinnretningen 70 til en større diameter, med tilsvarende diametral utvidelse av filterplaten 74, vil perforeringene 76 anta form av langstrakte slisser 76a, som vist på figur 6 av tegningene, med en bredde we som er mindre enn diameteren d0av de opprinnelige perforeringer.

Den diametrale utvidelse kan oppnås ved hjelp av en hvilken som helst hensiktsmessig fremgangsmåte, men det anvendes fortrinnsvis et roterende ekspansjonsverktøy.

De laserutskårne perforeringer 76 har en trapesformet profil som beholdes i de utvi-dede slisser 76a, og filterplaten 74 er anordnet slik at den ende av perforeringene som er smalest eller har minst diameter, ligger grensende til utsiden av filterplaten.

Det har vist seg at den laserperforerte filterplate 74 er robust nok til å fjerne behovet for å anordne et beskyttende deksel rundt utsiden av platen 74, noe som gjør fremstillingen av den utvidbare filterinnretning 70 enklere.

Fagfolk på området vil forstå at de ovenfor beskrevne utførelser kun tjener som ek-sempler på den foreliggende oppfinnelse, og at denne kan gjøres til gjenstand for ulike modifikasjoner og forbedringer uten at man avviker fra oppfinnelsens ramme. For eksempel kan man, selv om de ulike filtre og filterinnretninger ovenfor beskrives under henvisning til filtrering nede i en brønn, se at andre utførelser kan benyttes til filtrering under vann eller på overflaten.

Claims (15)

1. Brønnfilter (10),karakterisert vedat det omfatter et rørelement hvorigjennom det er minst én laser-utskåret åpning (16) for filtrering av partikulært brønnmateriale, hvor åpningen (16) har en buktende fasong og i det minste de ytre kanter av åpningen (16) har blitt bråkjøleherdet.

2. Filter (10) som angitt i krav 1, hvor i det minste en del av åpningen (16) har en utvendig bredde mindre enn en indre bredde.

3. Filter (10) som angitt i krav 2, hvor nevnte utvendige bredde angir åpningens minste bredde (w0).

4. Filter (10) som angitt i krav 2 eller 3, hvor nevnte del av nevnte åpning (16) som fremviser nevnte utvendige bredde, befinner seg på en ytre omkrets av rørelementet.

5. Filter (10) som angitt i krav 2, 3 eller 4,hvor åpningen har en trapesform.

6. Filter (10) som angitt i krav 1 eller 2, hvor åpningen (16) er i form av en slisse med konstant bredde langs lengden av nevnte slisse.

7. Filter (10) som angitt i krav 6, hvor rørelementet er utformet i metall.

8. Filter (10) som angitt i krav 6 eller 7, hvor rørelementets vegg (18) fremviser en flerhet av laser-utskårede åpninger.

9. Fremgangsmåte for å fremstille en brønnfilterinnretning (10) som omfatter la-serutskjæring av minst én perforering (16) for filtrering av partikulært brønn-materiale, i et metallfilterelement, hvor den minst ene perforering (16) har buktet utforming, og bråkjøleherding av i det minste den ytre kant av perforeringen (16).

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, hvor laserenergien reguleres for å skjære ut en perforering (16) i form av en slisse med konstant bredde langs slissens lengde.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 9 eller 10, hvor den omfatter det å redusere laserenergien når laseren står stille i forhold til metallfilterelementet.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, 10 eller 11, hvor den omfatter bråkjøle-herding av metallet som grenser til skjæreområdet, ved bruk av en spylegass (52).

13. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av krav 9 til 12, hvor perforeringen (16) skjæres ut slik at den har en utvendig bredde som er mindre enn en innvendig bredde.

14. Fremgangsmåte for filtrering av brønnfluider, som omfatter: - å plassere et brønnfilter (10) i et brønnhull, hvor brønnfilteret (10) omfatter et rørelement hvorigjennom det er minst én laserutskåret åpning (16) for filtrering av partikulært brønnmateriale, hvor åpningen (16) har en buktet utforming og hvor i det minste de ytre kanter av åpningen (16) har blitt bråkjøleherdet; og - å sende brønnfluider inn i et indre løp i rørelementet gjennom åpningene (16) med buktet utforming.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, hvor i det minste en del av én eller flere åpninger (16) har en ytre bredde som er mindre enn en indre bredde, med den ytre bredde i størrelse til å filtrere partikulært brønnmateriale.