NO342297B1

NO342297B1 - Partikkelkontrollsikt med dybdefiltrering og fremgangsmåte for å filtrere et fluid

Info

Publication number: NO342297B1
Application number: NO20076149A
Authority: NO
Inventors: Sam A Hopkins; Donald G Wells
Original assignee: Purolator Facet Inc
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2018-04-30
Also published as: CN101326341B; NO20076149L; CN101326341A

Abstract

En partikkelkontrollsil innbefatter et støttelag. Et første filterlag er anbrakt rundt støttelaget. Et andre filterlag er anbrakt rundt det første filterlaget. Et tredje filterlag er anbrakt rundt det andre filterlaget. Hvert av filterlagene har en porestørrelse. Porestørrelsen i det tredje filterlaget er større enn porestørrelsen i det andre filterlaget. Porestørrelsen i det andre filterlaget er større enn porestørrelsen i det første filterlaget.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en partikkelkontrollsikt for dybdefiltrering, særlig for bruk i en brønn.

Væsker og gasser i olje- og gassbrønner innbefatter typisk partikler som trenger å bli filtrert, innbefattende sand, leire og annet ikke-konsolidert partikulært stoff. Nærværet av sand og andre fine partikler i produksjonsfluidet og brønnutstyret fører ofte til den hurtige erosjon av kostbart brønnmaskineri og maskinvare.

Underjordiske filter, også kjent som sandsikter eller brønnsikter, er blitt anvendt i petroleumsindustrien for å fjerne partikler fra produksjonsfluider. Brønnsiktene er generelt tubulære i form og innbefatter et perforert basisrør, et porøst filterlag viklet rundt og festet til røret, og et ytre dekke. Brønnsiktene anvendes der fluidet går inn i en produksjonsstreng, slik at produksjonsfluidet må passere gjennom filterlaget og inn i det perforerte røret før det går inn i produksjonsstrengen og pumpes til overflaten.

I forbindelse med nede-i-hullsfiltrering blir vevet trådnett vurdert for overflatefiltrering, hvilket betyr at nettet hindrer partikler av ønsket mikronstørrelse og større fra å passere gjennom nettet og alle partiklene fanges på den øvre overflaten av nettet. Trådvikling er også en vanlig type av overflatefiltrering. Trådvikling er vanligvis trekantformet tråd viklet rundt et basisrør, med et gitt gap mellom trådene for å oppnå en mikronverdi. En vanskelighet med overflatefiltrering er at når større partikler blir fanget på filterlaget, blir de åpne rom mindre og mindre, hvorved oppfanges mindre og mindre partikler. Til sist er partiklene som fanges så fine at filteret blir tilstoppet, hvilket i alvorlig grad reduserer eller stopper strømmen av formasjonsfluider gjennom sikten til basisrøret.

Store reserver av tykke, viskøse hydrokarboner eksisterer på steder slik som Orinocobeltet i Venezuela og oljesandforekomstene i Alberta, samt områder i Sumatra, Kina, Brasil, Nordsjøen og Kazakhstan. Forskjellige navn, slik som tung olje, ekstra tung olje, oljesand, eller asfalt anvendes til å beskrive materialet. Tung olje er et asfaltmessig, tett (dvs. lav API tyngde), og viskøs olje som er kjemisk kjennetegnet ved nærværet av asfalter som er meget store molekyler som innbefatter det meste av svovel og metaller i oljen. Tung olje har generelt en tyngde som er mindre enn 22 grader API tyngde og en viskositet som er større enn 100 centipoise. Ekstra tung olje er en tung olje som har en API tyngde lik mindre enn 10 grader. Naturlig asfalt (bitumen) også benevnt tjæresand eller oljesand har generelt en viskositet som er større enn 10.000 centipoise. Oljesand kan innbefatte så lite som 10% asfalt og 85% eller mer av leire, sand og stein. Tung olje er mer vanskelig å fjerne fra formasjonen og innbefatter også mer partikulært stoff enn vanlige oljeavsetninger. Således er tung olje generelt også vanskeligere å filtrere enn konvensjonelle oljeavsetninger.

Således er der et behov for en nede-i-hullsfiltersammenstilling med forbedret filtreringsytelse, og særlig for bruk med tung olje. GB 2277947 A beskriver en brønnfilterenhet for inkludering i et produksjonssystem som fra begynnelsen av vil slippe gjennom partikler som bare vil forårsake minimal skade på det indre av produksjonssystemet. I tillegg er brønnfilterenheten konstruert til mekanisk å bryte ned filterkaken som ble dannet under boring av brønnen, for å hindre tiltetting av filteret. Filteret i den forpakkede brønnfilterenhet har dessuten tilstrekkelig styrke til å opprettholde sin filtreringskapasitet selv etter skade pga deformasjon.

I forskjellige aspekter anvender den foreliggende oppfinnelsen dybdefiltrering for å fange partikler med forskjellig størrelse ved forskjellige steder gjennom hele tykkelsen av nevnte filtreringsmedia. Større partikler fanges på det ytre lag av nett med påfølgende lag som fanger mindre og mindre partikler inntil det nås en endelig ønsket mikronstørrelse. Dette hindrer partikkeloppbygning fra å bli så fin at tilstopping opptrer og øker partikkelholdingsevnen for filteret, hvilket gir filteret en lenger levetid.

I et aspekt innbefatter partikkelkontrollsikten et støttelag. Et første filterlag er anbrakt rundt støttelaget. Et andre filterlag er anbrakt rundt det første filterlaget. Et tredje filterlag er anbrakt rundt det andre filterlaget. Hvert av filterlagene har en porestørrelse. Porestørrelsen av det tredje filterlaget er større enn porestørrelsen av det andre filterlaget. Porestørrelsen av det andre filterlaget er større enn porestørrelsen i det første filterlaget.

I et annet aspekt innbefatter en fremgangsmåte for filtrering av et fluid i en nede-i-hullsformasjon å tilveiebringe en sammenstilling som innbefatter et basisrør og en partikkelkontrollsiktsammenstilling. Partikkelkontrollsiktsammenstillingen innbefatter et støttelag, et første filterlag anbrakt rundt støttelaget, og et andre filterlag anbrakt rundt det første filterlaget. Hvert av filterlagene har en porestørrelse. Porestørrelsen i det andre filterlaget er større enn porestørrelsen i det første filterlaget. Minst en første ende av partikkelkontrollsiktsammenstillingen er omkretsmessig sveiset til basisrøret.

Sammenstillingen er anbrakt i en nede-i-hullsformasjon som omfatter et fluid omfattende tung olje. Fluidet trekkes inn fra formasjonen gjennom partikkelkontrollsiktsammenstillingen og inn i basisrøret. Partikkelkontrollsiktsammenstillingen filtrerer fluidet.

Fig. 1 er et perspektivisk riss med bortkuttinger av en utførelsesform av en nede-ihullssammenstilling.

Fig. 2A er et sideriss med bortkuttede partier av nede-i-hullssammenstillingen i fig. 1.

Fig. 2B er et sideriss med bortkuttinger av en annen utførelsesform av en nede-i-hullssammenstilling.

Fig. 3A er et delvis tverrsnittriss av nede-i-hullssammenstillingen ifølge fig. 1.

Fig. 3B er et delvis tverrsnittriss av en annen utførelsesform av nede-i-hullssammenstillingen.

Fig. 4 er et enderiss av nede-i-hullssammenstillingen ifølge fig.1.

Fig. 5 er et perspektivisk riss med bortkuttede partier av en utførelsesform av en nede-ihullssammenstilling.

Fig. 6 er et diagram som viser trykkfallet som en funksjon av tid for tester som involverer forskjellige siktsammenstillinger.

Fig. 7 er et diagram som viser mengden av fastholdte partikler som en funksjon av tid for tester som involverer forskjellige siktsammenstillinger.

Fig. 8 er et diagram som viser trykkfallet som en funksjon av tid for tester som involverer forskjellige siktsammenstillinger.

Fig. 9 er et diagram som viser mengden av fastholdte partikler som en funksjon av tid av tester som involverer forskjellige siktsammenstillinger.

Oppfinnelsen er beskrevet med henvisning til tegningene der like elementer er angitt med like henvisningstall. Forholdet og funksjoneringen av de forskjellige elementer ifølge denne oppfinnelsen vil bedre forstås av den etterfølgende beskrivelsen. Hvert aspekt som derved defineres kan kombineres med hvilket som helst annet aspekt eller aspekter med mindre tydelig angitt det motsatte. Utførelsesformene som beskrevet nedenfor er i form av kun eksempel, og oppfinnelsen er ikke begrenset til utførelsesformene som er vist på tegningene.

Ved konvensjonelle overflatefiltreringsmetoder blir partikler fanget på filterlaget, hvilket resulterer i en effektiv mikronstørrelse som er betydelig mindre enn mikronstørrelsen for det opprinnelige filtreringsnett i den grad at tilstopping av sikten opptrer. Den foreliggende oppfinnelsen anvender dybdefiltrering for å fange partikler av forskjellig størrelse ved forskjellige steder gjennom tykkelsen av et filtreringsmedia. Større partikler fanges på det mest ytterste filterlag og der de indre lag fanger mindre og mindre partikler inntil det nås den endelige ønskede mikronverdi. Dybdefiltrering hindrer partikkeloppbygningen fra å minske mikronverdien for filteret og øker partikkelholdingskapasiteten for filteret, hvilket gir filteret en lenger levetid.

Den foreliggende oppfinnelsen er særlig nyttig for filtrering av tung olje. Slik det anvendes her, innbefatter uttrykket ”tung olje” tung olje, ekstra tung olje, oljesand, tjæresand og asfalt. På grunn av dens høye viskositet strømmer tung olje ikke lett i vanlige brønner. Tung olje kan ekstraheres ved å anvende flere fremgangsmåter som innbefatter, men som ikke er begrenset til dampflom, damphjulpet tungdedrenering (SAGD = steam assisted gravity drain)), og kaldproduksjon. I dampflomfremgangsmåten vil injeksjonsbrønner pumpe damp inn i tungoljereservoiret. Trykket av dampen tvinger den oppvarmede tunge oljen til tilliggende produksjonsbrønner. I SAGD blir to horisontale brønner boret i oljesanden, en ved bunnen av formasjonen og en annen over den. Damp injiseres inn i den øvre brønnen der varmen smelter asfalten. Asfalten strømmer inn i den nedre brønnen, hvor den pumpes til overflaten. Ved kald produksjon blir oljen ganske enkelt pumpet ut av formasjonen, ofte ved å anvende spesialiserte pumper som benevnes som progressive hulromspumper. Dette virker kun bra i områder der oljen er i tilstrekkelig fluidform til å kunne pumpes. Hver av disse fremgangsmåter resulterer generelt i produksjonsfluider med høyere partikkelinnhold enn vanlige oljeavsetninger.

Idet der vises til fig. 1 og 2A, er en første utførelsesform av en partikkelkontrollsiktsammenstilling 10 vist til å være innbefattet i et sand- eller partikkelfiltersystem.

Partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10 er montert på et basisrør 20 som kan anbringes eksempelvis i et brønnhull. En partikkelkontrollsiktsammenstilling 10 anbringes rundt basisrøret 20, og et dekke eller omsvøp 30 er anbrakt rundt partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10. Dekket 10 er generelt perforert, slisseformet eller som trådompakning. En del av basisrøret 10 er perforert med hull 22 for å tillate petroleum, naturgass eller tung olje å strømme inn fra brønnhullet. For å hindre sand og andre partikler fra å bli trukket inn i basisrøret 20 gjennom slike hull 22, er den perforerte del av basisrøret 20 dekket av partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10. Selv om fig.1 viser de forskjellige lag bortkuttet for å se dette lettere, vil i faktisk bruk lagene typisk strekke seg i alt vesentlig over hele lengden av basisrøret 20.

Partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10 er typisk sylindrisk formet for å passe sammen med basisrøret 20. Som vist på fig.2A, innbefatter partikkelkontrollsikten minst et støttelag 12 og minst to filterlag 14, 16 rundt støttelaget 12. For å skape en dybdefiltreringsvirkning, er porestørrelsen av det ytre filterlaget 16 større enn porestørrelsen av det indre filterlaget 14. I en utførelsesform innbefatter partikkelkontrollsikten tre filterlag 14, 16, 18, der porestørrelsen av det ytre filterlaget 18 er større enn porestørrelsen av det andre filterlaget 16, og porestørrelsen av det andre filterlaget 16 er større enn porestørrelsen av det indre filterlaget 14.

Antallet av filterlag kan variere i avhengighet av den ønskede anvendelsen. Eksempelvis, i en annen utførelsesform, kan partikkelkontrollsikten innbefatte et fjerde filterlag (ikke vist) anbrakt mellom støttelaget 12 og det indre filterlaget 14. I andre utførelsesformer kan partikkelkontrollsikten innbefatte fem, seks eller flere filterlag.

Støttelaget 12 tilveiebringer strukturell støtte for siktsammenstillingen 10 og kan også virke som et dreneringslag. Støttelaget 12 kan være vevet trådnett, sveiset tråd, trådomvikling, eller hvilke som helst annen struktur som støtter filtreringslagene og gir strømningsvei for drenering av formasjonsfluidet mellom nevnte filtermedia og basisrøret. En andre utførelsesform av partikkelkontrollsikten 15, vist på fig.2B, innbefatter et andre støttelag 13 anbrakt rundt det indre støttelaget 12. Det andre støttelaget 13 tilveiebringer ytterligere strukturell støtte og dreneringskapasitet.

Filterlagene 14, 16, 18 kan være trådnett. Imidlertid er andre materialer også mulig. Filterlagene 14, 16, 18 kan være diffusjonsbundet, sintret eller ikke-sintret. Et utvalg av typer av vevnader kan anvendes innbefattende kvadratisk (square) (innbefattende både lerretsvevnad (plain) eller kiper/diagonal (twilled) vevnad) og ”dutch” (innbefattende lerretsvevnad (plain), kiper/diagonal (twilled), motsatt (reverse) eller motsatt kiper/diagonal (reverse twilled)). Filterlagene 14, 16, 18 anvender fortrinnsvis kvadratiske nett til å danne dybdefiltreringsmedia. Imidlertid kan filterlagene 14,16, 18 også anvende ”off-aspect” eller ”off-count” vevnader, hvilke er vevnader som er lerretsvevde med varp og veft (shute) trådene med samme diameter med forskjellige trådnummereringer. Det bør bemerkes at filterlagene 14, 16, 18 kan dannes ved å anvende alle typer av nett og nettnummereringer og tråddiametre.

Som vist på fig.3A og 3B, er støttelaget 12 og filterlagene 14, 16, 18 generelt i direkte kontakt med hverandre. Avhengig av anvendelse kan også en sylindrisk metallstruktur 40 anvendes. Metallstrukturen 40 tilveiebringer en ”sikker kant” som beskytter siktsammenstillingen 10 ved dens ende, og kan sveises til andre strukturer (slik som basisrøret 20) eller kan sveises på som ønskelig uten bekymring med hensyn til å brenne sikttrådene i nettlagene. Filterlagene 14, 16, 18 kan også overlappe del av metallstrukturens 40 materiale og sveises dertil. En omkretsmessig metallsveis 42 forbinder siktsammenstillingen 10 og den sylindriske metallstruktur 40. I en utførelsesform vist på fig.3B innbefatter en siktsammenstilling 17 et støttelag 12 og to filterlag 14 og 16.

Som vist på fig.3A, 3B og 4, er støttelaget 12 og nettlagene 14, 16, 18 fortrinnsvis i direkte kontakt med hverandre uten noe betydelig gap mellom lagene. Imidlertid er det mulig å ha gap mellom noen eller alle av lagene. I tillegg er det mulig å ha avstandsstykker eller annet materiale, slik som ytterligere nettlag, mellom nettlagene. Disse avstandsstykker eller ytterligere nettlag kan være særlig nyttige for anvendelser som bruker sintrede eller diffusjonsbundne nettlag. Dessuten kan partikkelkontrollsikten 10 også anvendes i utvidbare siktapplikasjoner.

Slik det best ses av fig.1, innbefatter partikkelkontrollsikten 10 ønskelig en langsgående sveisesøm 32 som løper langs lengden av partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10. Sveisesømmen 32 forsegler en kant 34 av filterlaget til den andre kanten 36. Sveisesømmen 32 kan også forbinde støttelaget 12 og filterlagene 14, 16, 18 sammen. Som beskrevet nedenfor, kan filterlagene også spiralmessig omvikles rundt basisrøret 20.

For å tilveiebringe tilstrekkelig sand og partikulær filtrering, har filterlagene 14, 16, 18 porestørrelser for selektivt å hindre innstrømmingen av visse størrelser av partikler gjennom basisrøret 20. Det første eller innerste filterlaget 14 har fortrinnsvis en porestørrelse mellom 75 og 300 mikron. Det andre eller mellomliggende filterlaget 16 har fortrinnsvis en porestørrelse mellom 150 og 400 mikron. Det tredje eller ytre filterlaget 18 har fortrinnsvis en porestørrelse mellom 200 og 1200 mikron. Et ytterligere filterlag (ikke vist) kan anbringes rundt støttelaget 12 som et innerste lag med en porestørrelse mellom 75 mikron og 150 mikron.

Forskjellige nede-i-hullsforhold kan involvere fluider med forskjellige partikkelstørrelsesfordelinger. Således kan partikkelstørrelsesfordelingen i fluidet påvirke valget av porestørrelser i nettlagene i partikkelkontrollsiktsammenstillingen. I forskjellige utførelsesformer kan det første filterlaget 14 ha en porestørrelse mellom 100 og 200 mikron eller mellom 200 og 300 mikron. Det andre filterlaget 16 kan ha en porestørrelse mellom 150 og 300 mikron, mellom 250 og 350 mikron, eller mellom 300 og 450 mikron. Det tredje filterlaget 18 kan ha en porestørrelse mellom 500 og 1200 mikron, mellom 200 og 400 mikron, mellom 500 og 600 mikron, eller mellom 600 og 800 mikron.

Støtte- eller dreneringslaget eller lagene 12 (og 13, dersom tilstede) er typisk langt grovere enn filterlagene. Eksempelvis innbefatter typiske størrelser for støttelaget 12 16x16x0,023”, 20x20x0,016” og 10x10x0,035”. Støttelaget eller lagene 12 og/eller 13 kan også være et meget grovere lag (slik som 8x8x0,032”), som imidlertid ville gjøre det vanskelig enhetlig å sveise med de andre nett ved sømmen. I tilfellet at et grovere støtte/dreneringslag kreves, ville støtte/dreneringslaget eller lagene generelt ikke bli bundet inn i sømsveisen. Støtten og/eller filterlagene kan også innbefatte trådomvikling.

Minst en ende 24 av partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10 (og/eller metallstrukturen 40) er typisk omkretsmessig sveiset til basisrøret 20 ved hjelp av sveis 26. Et dekke 30 er anbrakt rundt partikkelkontrollsikten og også fortrinnsvis sveiset dertil. Denne anordning tilveiebringer en tetning mellom basisrøret 20 og brønnformasjonen, slik at fluid i formasjonen ikke kan gå inn i basisrøret 20 uten å bli filtrert av partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10.

Virkemåten av partikkelkontrollsammenstillingen 10 er som følger. Partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10 er anbrakt i en nede-i-hulls eller underjordisk formasjon. Et fluid som omfatter et hydrokarbon, slik som tung olje eller råolje, strømmer gjennom sammenstillingen 10 til overflaten. Fluidet kan også innbefatte andre komponenter slik som naturgass, damp og/eller vann. Fluidet strømmer enten ved å bli pumpet derigjennom, eller på grunn av trykket som eksisterer i borehullet. Ved strømning gjennom sammenstillingen 10 passerer fluidet først gjennom det ytre dekket 10. Det ytterste filterlaget 18 fjerner relativt store partikler fra fluidet. Det neste filteret 16 fjerner partikler av middels størrelse fra fluidet. Det indre filterlaget 14 fjerner mindre partikler fra fluidet. Fluidet passerer så gjennom hullene 22 i basisrøret 20 og kan så trekkes til overflaten. Denne flerlagsfiltrering tilveiebringer mer effektiv fjerning av partikler enn et enkeltlags filter.

Hvert filterlag har generelt en tykkelse mellom 0,005” og 0,06”. Partikkelkontrollsikten 10 har typisk en tverrsnittstykkelse mellom ca.0,02” og ca.0,3”, fortrinnsvis mellom ca. 0,05” og ca.0,15”, og mest foretrukket mellom 0,07” og 0,09”. I brønnanvendelser har partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10 typisk en aksiell lengde mellom ca.3 fot og ca.40 fot. Det vil forstås at faktiske størrelsesområder kan variere avhengig av faktiske brønnkrav.

Ser man nå på en fremgangsmåte for å danne partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10, kan støttelaget 12 og filterlagene 14, 16, 18 være diffusjonsbundet, sintret eller ikkesintret. For ikke-sintrede filterlag blir to eller flere filterlag stablet, med nettstørrelser avhengig av de ønskede filtreringskvaliteter. Filterlagene plasseres med hensyn til hverandre til å danne en flerlags, ikke-sintret sikt. Filterlagene kan heftes sammen for å holde de på plass for de senere fabrikasjonstrinn. Under hefting kan filterlagene presses flate ved hjelp av en plate for å hindre at det dannes små bølger. Metallremser 40 (vist på fig.3A og 3B) kan festes til motsatte ender av nevnte flerlags ikke-sintrede sikt. Metallremsene 40 sveises til nevnte flerlags ikke-sintrede sikt.

Sikten formes så til en generelt sylindrisk form. Hvis de langsgående kanter av lagene ikke er innrettet med hverandre, kan de trimmes slik at de langsgående kanter av hvert lag er generelt tilliggende hverandre. En plasmakuttingsmaskin kan anvendes til å trimme de langsgående kanter. For å oppnå dette, plasseres den generelt sylindriske formen i plasmakuttingsmaskinen og festes på en spindel. Spindelen anvendes til å holde den generelt sylindriske form fast og tilveiebringe en føring for plasmakuttingsmaskinen for å trimme de langsgående kanter. Spindelen innbefatter en freset spalte langs sin lengde. Plasmalysbuen vandrer langs spindelen og trimmer de langsgående kanter av hvert lag. Trimmingsprosessen muliggjør dannelsen av en langsgående sveis av ikke-sintret/ikke-diffusjonsbundet nettlag. De langsgående kanter av nettlagene blir så sammensveiset. En langsgående sømsveis 32 dannes hele lengden av røret, slik som vist på fig. 1.

I en alternativ konstruksjonsform blir filterlagene avsatt rundt basisrøret 20 eller støttelaget 12 ved spiralomvikling, slik som vist på fig.5. En lang remse av lagnett innbefattende flere filterlag er tilveiebrakt. Filterlagene 14, 16, 18 er pakket rundt basisrøret 20 eller annet støttelag, slik at kantene av filterlagene overlapper ved spiralsømmen 38. Sømmen 38 går i spiral aksielt langs basisrøret 20 eller annen støtte når filterlagene vikles rundt basisrøret 20 eller annen støtte.

I en annen alternativ konstruksjonsmåte blir filterlagene dannet til en generell sylindrisk form og de langsgående kanter av filterlagene overlappes og sveises. Hele filtersammenstillingen bevirkes så til å skli inn i et dekke for sammenstilling til et basisrør.

Endene av sikten festes til basisrøret ved å anvende standard sammenstillingsmetoder som innbefatter, men som ikke er begrenset til krymping, drapering eller draperi og sveising.

Dersom filterlagene skal sintres eller diffusjonsbindes sammen, blir to eller flere filterlag stablet, med nettstørrelsene avhengig av ønsket filtreringskvaliteter.

Filterlagene plasseres med hensyn til hverandre til å danne en flerlags sikt. Filterlagene blir så sintret eller diffusjonsbundet sammen for senere fremstillingstrinn. Støttelaget eller støttelagene kan eller trenger ikke å være innbefattet i det diffusjonsbundede laminat avhengig av anvendelseskrav. Etter tilføyelsen av metallstrukturen 40 (om ønskelig) til hver ende av laminatduken, blir sikten så dannet til en generelt sylindrisk form. De langsgående kanter av nettlagene blir så sammensveiset. En langsgående sømsveis 32 dannes langs hele rørets lengde.

Sveisingen i hver fase av sammenstillingen kan oppnås ved hvilken som helst kjent fremgangsmåte, innbefattende gass wolfram lysbuesveising (GTAW = gas tungsten arc welding), wolfram inert gass (TIG = tungsten inert gas) sveising, plasmasveising, metall inert gass (MIG) og lasersveising. Materialet i hver sveis er konvensjonelt og velges slik at det er kompatibelt med metallet i støtterøret (som i en utførelsesform er rustfritt stål) og nettlagene (som i en utførelsesform er rustfritt stål). Partikkelkontrollsiktsammenstillingen kan lages av 316L, Carpenter 20Cb3, Inconel 825, og andre typer av rustfrie stålfiltermedia for å motstå produksjonsomgivelser.

Partikkelsiktsammenstillingen 10 kan anordnes på et basisrør 20 med et hvilket som helst antall av dekkekonfigurasjoner, med omkretsmessige sveiser som er dannet ved hver ende av partikkelsiktsammenstillingen 10 til å danne en fullstendig brønnsikt. Partikkelsiktsammenstillingen 10 kan sammenstilles langs lengden av basisrøret 10 i seksjoner av en gitt lengde, eksempelvis seksjoner med lengde fire fot, ni fot eller 42 fot, hvorved hver seksjon så festes til basisrøret 10 slik som å bli sveiset dertil. Typiske lengder av basisrøret er 20, 30 eller 40 fot, selv om kortere eller lenger lengder selvfølgelig er mulig. I en utførelsesform blir flere partikkelkontrollsiktsammenstillinger 10 sammenkoblet til et partikkelkontrollsammenstillingsrør.

Fordi partikkelkontrollsiktsammenstillingen 10 anvender dybdefiltrering, har den en lenger levetid enn kontrollsikter som anvender overflatefiltrering. Den har også forbedret strømningstakt, redusert risiko for erosjon i sikten, og reduserer frekvensen og kostnaden for tilbakestrømning av brønnen når produksjonen avtar i tempo.

EKSEMPLER

De følgende eksempler av oppfinnelsen og sammenlignende eksempler er tilveiebrakt i form av forklaring og illustrasjon.

Partikkelkontrollsiktsammenstillinger lages ved å anvende en av teknikkene som er beskrevet ovenfor.

Eksempel 1

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 125 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og fire filterlag som vist i tabell 1 nedenfor.

Tabell 1

Eksempel 2

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 180 mikron.

Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og tre filterlag som vist i tabell 2 nedenfor.

Tabell 2

Eksempel 3

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 250 mikron.

Siktsammenstillingen innbefatter et støttelag og tre filterlag, som vist i tabell 3 nedenfor.

Tabell 3

Eksempel 4

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 425 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter et støttelag og to filterlag, som vist i tabell 4 nedenfor.

Tabell 4

Eksempel 5

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 125 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og fem filterlag, som vist i tabell 5 nedenfor.

Tabell 5

Eksempel 6

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 150 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter en trådomvikling og fire andre filterlag, som vist i tabell 6 nedenfor.

Tabell 6

Eksempel 7

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 150 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter en trådomvikling og fire andre filterlag, som vist i tabell 7 nedenfor.

Tabell 7

Eksempel 8

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 140 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og fem filterlag, som vist i tabell 8 nedenfor. Filterlagene er kvadratiske vevnad (square weave).

Tabell 8

Eksempel 9

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 125 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og seks filterlag, som vist i tabell 9 nedenfor. Det indre filtreringslaget er en vanlig ”dutch” vevnad (plain Dutsch weave).

Tabell 9

Eksempel 10

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 150 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter et støttelag og fem filterlag, som vist i tabell 10 nedenfor. Det indre laget er en vanlig ”dutch twill” vevnad (plain Dutch twill weave).

Tabell 10

Eksempel 11

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 180 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og fire filterlag, som vist i tabell 11 nedenfor. Det indre filtreringslaget er en twill kvadratisk vevnad (twill square weave).

Tabell 11

Eksempel 12

Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og tre filterlag, som vist i tabell 12 nedenfor. Det indre filtreringslaget er en vanlig kvadratisk vevnad (plain square weave).

Tabell 12

Eksempel 13

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 140 mikron.

Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og fire filterlag, som vist i tabell 13 nedenfor. Det indre filtreringslaget er en vanlig kvadratisk vevnad (plain square weave).

Tabell 13

Eksempel 14

Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og fem filterlag, som vist i tabell 14 nedenfor. Det indre filtreringslaget er en vanlig kvadratisk vevnad (plain square weave).

Tabell 14

Eksempel 15

Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og seks filterlag, som vist i tabell 15 nedenfor. Det indre filtreringslaget er en vanlig firkantvevnad (plain square weave).

Tabell 15

Sammenlignende eksempel A

Ved en sammenligning har et Poromax®-produkt, en tidligere kjent siktsammenstilling, en ønsket filtreringsmikronverdi lik 125 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og et filterlag, som vist i tabell 16 nedenfor.

Tabell 16

Sammenlignende eksempel B

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 150 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter en kommersielt tilgjengelig trådomviklet sikt.

Trådomviklingssikten besto av 0,090 kiletråd med 0,006” gap mellom trådene, og 0,125” diameter støttetråder på 5/8” avstand.

Sammenlignende eksempel C

En siktsammenstilling lages med en ønsket filtreringsmikronverdi lik 150 mikron. Siktsammenstillingen innbefatter to støttelag og et filterlag, som vist i tabell 17 nedenfor.

Tabell 17

Tester ble gjennomført for å evaluere den relative effektivitet av forskjellige konfigurasjoner av sikter. Skiver ble laget ved å anvende utformingene i eksemplene 9-15 og de sammenlignende eksempler A-C. Skivene hadde diametre lik 1,885” og ble avtettet i et apparat for å tilveiebringe en strømningsdiameter lik 1,550”. Tester ble gjennomført ved å anvende to typer av testfluider med viskositeter og partikulært stoff modulert på typiske nede-i-hullsforhold. Det første fluid ble modulert på et typisk sydamerikansk fluid og det andre fluid på et typisk asiatisk fluid. En tilførselstank ble fylt med det ønskede testfluidet. Testfluidet ble pumpet gjennom 2 µm absolutt opprensningsfilter i 2 timer. Det partikulære stoffet ble tilføyd for å oppnå en konsentrasjon lik 0,10 g/l. En prøve av testfluid ble testet for å bekrefte fluidpartikulært nivå. En skive som innbefattet en siktkonfigurasjon ble plassert i et hus. Testfluidet ble sirkulert gjennom skiven ved en strømningshastighet lik 200 ml/min. Trykkfallet over skiven ble målt i løpet av testen. Fluidprøver nedstrøms i forhold til skiven ble oppnådd for å bestemme mengden av partikler som ble fastholdt av skiven.

Resultatene for det sydamerikanske fluidet er vist på fig.6 og 7. Fig.6 viser trykkfallet som en funksjon av tid for prøver laget fra siktkonfigurasjonene ifølge eksemplene 9 og 10 og de sammenlignende A-C. Tidspunktet ved hvilket trykkfallet stiger hurtig sammenfaller med tilstopping av filteret, og tilveiebringer således et brukbart estimat av filterets levetid. Det kan sees at siktkonfigurasjonene i eksemplene 9 og 10 tilveiebringer langt lenger tjenestelevetid, og således overlegen ytelse, enn siktkonfigurasjonene ifølge de sammenlignende eksempler. Fig. 7 er et diagram som viser mengden av fastholdte partikler som en funksjon av tid for prøver laget fra siktkonfigurasjonene ifølge eksemplene 9 og 10 og sammenlignende eksempler A-C. Det kan sees at de oppfinneriske sikter fjernet akseptable mengder av partikler, og fjernet en større mengde av partikler over av filterets levetid enn siktene ifølge de sammenlignende eksempler.

Fig. 8 viser trykkfallet som en funksjon av tid for prøver laget fra siktkonfigurasjonene ifølge eksemplene 8, 9 og 11-15 og de sammenlignende eksempler A og B. Det kan sees at siktkonfigurasjonene ifølge eksemplene 8, 9 og 11-15 tilveiebringer langt lenger tjenestelevetid (inntil en størrelsesorden høyere) enn siktkonfigurasjonene ifølge de sammenlignende eksempler. Fig. 9 er et diagram som viser mengden av fastholdte partikler som en funksjon av tid for prøver laget fra siktkonfigurasjonene i eksemplene 8, 9 og 11-15 og sammenlignende eksempler A og B. Det kan sees at de oppfinneriske skjermer fjernet akseptable mengder av partikler, og fjernet en større mengde av partikler over filterets levetid enn skjermene ifølge de sammenlignende eksempler.

Således kan det sees at partikkelkontrollsiktene ifølge den foreliggende oppfinnelsen reduserer tilstopping av filtersammenstillingene og øker partikkelholdingskapasiteten for filtrene, hvorved filtrene gis en lenger levetid.

Selv om den foreliggende oppfinnelsen er blitt beskrevet med henvisning til foretrukne utførelsesformer, vil fagfolk forstå at endringer kan foretas og dannes i detalj uten å avvike fra oppfinnelsens idé og omfang. Det er derfor tilsiktet at den foregående detaljerte beskrivelse skal anses som illustrerende i stedet for begrensende, og at det skal forstås at det er de etterfølgende patentkrav, innbefattende alle ekvivalenter, som er tilsiktet å definere omfanget av denne oppfinnelsen.

Claims

Pa ten tkra v

1. Partikkelkontrollsikt (10, 15), omfatter:

et første filterlag (14);

et andre filterlag (16) anbrakt rundt det første filterlaget (14); og

et tredje filterlag (18) anbrakt rundt det andre filterlaget (16), idet hvert av filterlagene (14, 16, 18) er et trådnett og har en porestørrelse, og der porestørrelsen av det tredje filterlaget (18) er større enn porestørrelsen av det andre filterlaget (16), og porestørrelsen av det andre filterlaget (16) er større enn porestørrelsen av det første filterlaget (14) k a r a k t e r i s e r t v e d at det første filterlaget (14) er anbrakt rundt et støttelag (12) og støttelaget har er en porestørrelse som er større enn porestørrelsen av det første, andre og tredje filterlagene (14, 16, 18).

2. Partikkelkontrollsikt (15) som angitt i krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at støttelaget (12) omfatter et første støttelag og dessuten omfatter et andre støttelag (13) anbrakt rundt det første støttelaget.

3. Partikkelkontrollsikt (10) som angitt i krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d dessuten å omfatte et fjerde filterlag anbrakt mellom støttelaget (12) og det første filterlaget (14).

4. Partikkelkontrollsikt som angitt i krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at støttelaget er et trådnett.

5. Partikkelkontrollsikt (10, 15) som angitt i krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d å omfatte en sveisesøm (32)som løper langs lengden av partikkelkontrollsiktsammenstillingen og sammenbinder hvert av filterlagene (14, 16, 18), idet sveisesømmen (32) kontakter hvert av filterlagene (14, 16, 18).

6. Partikkelkontrollsikt (10, 15) som angitt i krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det første filterlaget (14) har en porestørrelse mellom 75 og 300 mikron, det andre filterlaget (16) har en porestørrelse mellom 150 og 400 mikron, og det tredje filterlaget (18) har en porestørrelse av mellom 500 og 1200 mikron.

7. Partikkelkontrollsikt (10, 15) som angitt i krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det første filterlaget (14) har en porestørrelse lik mellom 75 og 300 mikron, det andre filterlaget (16) har en porestørrelse lik mellom 150 og 400 mikron, og det tredje filterlaget (18) har en porestørrelse lik mellom 200 og 500 mikron.

8. Partikkelkontrollsikt (10, 15) som angitt i krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det første filterlaget (14) har en porestørrelse lik mellom 200 og 300 mikron, det andre filterlaget (16) har en porestørrelse lik mellom 300 og 450 mikron, og det tredje filterlaget (18) har en porestørrelse lik mellom 600 og 800 mikron.

9. Partikkelkontrollsikt (10, 15) som angitt i krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det første filterlaget (14) har en porestørrelse lik mellom 100 og 200 mikron, det andre filterlaget (16) har en porestørrelse lik mellom 250 og 350 mikron, og det tredje filterlaget (18) har en porestørrelse lik mellom 500 og 600 mikron.

10. Partikkelkontrollsikt som angitt i krav 3, k a r a k t e r i s e r t v e d at det fjerde filterlaget har en porestørrelse lik mellom 75 mikron og 150 mikron.

11. Nede-i-hullssammenstilling, omfatter:

et perforert basisrør (20), og

en partikkelkontrollsiktsammenstilling (10, 15) anbrakt rundt basisrørte (20), omfattende: et første filterlag (14) anbrakt rundt støttelaget og som har en porestørrelse lik mellom 75 og 300 mikron;

et andre filterlag (16) anbrakt rundt det første filterlaget og som har en porestørrelse lik mellom 150 og 400 mikron; og

et tredje filterlag (18) anbrakt rundt det andre filterlaget og som har en porestørrelse lik mellom 200 og 1200 mikron;

der minst en første ende av partikkelkontrollsiktsammenstillingen (10, 15) er omkretsmessig sveiset (42) til basisrøret (20);

og der hvert av filterlagene (14, 16, 18) er et trådnett; og k a r a k t e r i -s e r t v e d at det første filterlaget (14) er anbrakt rundt et støttelag (12) og støttelaget har er en porestørrelse som er større enn porestørrelsen av det første, andre og tredje filterlagene (14, 16, 18).

12. Nede-i-hullssammenstilling som angitt i krav 11, k a r a k t e r i -s e r t v e d at støttelaget (12) omfatter et første støttelag (12), og dessuten omfatter et andre støttelag (16) som er anbrakt rundt det første støttelaget (14).

13. Nede-i-hullssammenstilling som angitt i krav 11, k a r a k t e r i -s e r t v e d dessuten å omfatte et fjerde filterlag anbrakt mellom støttelaget (12) og det første filterlaget (14).

14. Nede-i-hullssammenstilling som angitt i krav 11, k a r a k t e r i -s e r t v e d at støttelaget (12) er et trådnett.

15. Nede-i-hullssammenstilling som angitt i krav 11, k a r a k t e r i -s e r t v e d dessuten å omfatte en sveisesøm (32) som løper langs lengden av partikkelkontrollsiktsammenstillingen (10, 15) og som sammenkobler hvert av filterlagene (14, 16, 18), idet sveisesømmen (32) kontakter hvert av filterlagene (14, 16, 18).

16. Partikkelkontrollsikt som angitt i krav 11, k a r a k t e r i -s e r t v e d at filterlagene (14, 16, 18) er spiralomviklet rundt basisrøret (20).

17. Nede-i-hullssammenstilling som angitt i krav 11, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det første filterlaget (14) har en porestørrelse lik mellom 200 og 300 mikron, det andre filterlaget (16) har en porestørrelse lik mellom 300 og 400 mikron, og det tredje filterlaget (18) har en porestørrelse lik mellom 600 og 800 mikron.

18. Nede-i-hullssammenstilling som angitt i krav 11, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det første filterlaget (14) har en porestørrelse lik mellom 100 og 200 mikron, det andre filterlaget (16) har en porestørrelse lik mellom 250 og 350 mikron, og det tredje filterlaget (18) har en porestørrelse lik mellom 500 og 600 mikron.

19. Fremgangsmåte for å filtrere et fluid i en nede-i-hullsformasjon, omfatter: å tilveiebringe en sammenstilling som omfatter:

et basisrør (20); og

en partikkelkontrollsiktsammenstilling (10, 15) som omfatter:

et støttelag (12);

et første filterlag (14) anbrakt rundt støttelaget (12); og

et andre filterlag (16) anbrakt rundt det første filterlaget (14);

der hvert av filterlagene (14, 16) har en porestørrelse, og der porestørrelsen av det andre filterlaget (16) er større enn porestørrelsen av det første filterlaget (14), og der minst en første ende av partikkelkontrollsiktsammenstillingen (10, 15) er omkretsmessig sveiset (42) til basisrøret (20) der hvert av filterlagene (14, 16, 18) er et trådnett og støttelaget har er en porestørrelse som er større enn porestørrelsen av det første, andre og tredje filterlagene (14, 16, 18);

å anbringe sammenstillingen i en nede-i-hullsformasjon som omfatter et fluid som omfatter tung olje; og

å trekke inn fluidet fra formasjonen gjennom partikkelkontrollsiktsammenstillingen (10, 15) og inn i basisrøret (20), idet partikkelkontrollsiktsammenstillingen (10, 15) filtrerer fluidet.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, k a r a k t e r i s e r t v e d at støttelaget (12) som anvendes omfatter et første støttelag, og dessuten omfatter et andre støttelagt (13) anbrakt rundt det første støttelaget.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, k a r a k t e r i s e r t v e d at det anvendes et tredje filterlag (18) anbrakt rundt det andre filterlaget (16), idet porestørrelsen i det tredje filterlaget (18) er større enn porestørrelsen i det andre filterlaget (16).

22. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, k a r a k t e r i s e r t v e d at det anvendes en sveisesøm (32) som løper langs lengden av partikkelkontrollsiktsammenstillingen og som sammenbinder filterlagene, idet sveisesømmen (32) kontakter hvert av filterlagene (14, 16, 18).

23. Fremgangsmåte som angitt i krav 21, k a r a k t e r i s e r t v e d at det første filterlaget (14) har en porestørrelse lik mellom 100 og 300 mikron, det andre filterlaget (16) har en porestørrelse lik mellom 200 og 400 mikron, og det tredje filterlaget (18) har en porestørrelse lik mellom 500 og 800 mikron.

24. Partikkelkontrollsiktet (10, 15) ifølge krav 1 eller nede-i-hullssammenstillingen ifølge krav 11 eller fremgangsmåten ifølge krav 19, k a r a k t e r i s e r t v e d at hvert av filterlagene (14, 16, 18) har en tykkelse på mellom 0.13 mm og 1.52 mm (0.005 inch og 0.06 inch).

25. Partikkelkontrollsiktet (10, 15) ifølge krav 1 eller nede-i-hullssammenstillingen ifølge krav 11 eller fremgangsmåten ifølge krav 19, k a r a k t e r i -s e r t v e d at partikkelkontrollsiktet (10, 15) har en tverrsnittstykkelse på mellom 0.51 mm og 7.62 mm (0.02 inch og 0.3 inch), eller mer foretrukket mellom 1.27 mm og 3.81 mm (0.05 inch og 0.15 inch), eller mer foretrukket mellom 1.78 mm og 2.29 mm (0.07 inch og 0.09 inch).

26. Partikkelkontrollsiktet (10, 15) ifølge krav 1 eller nede-i-hullssammenstillingen ifølge krav 11 eller fremgangsmåten ifølge krav 19, k a r a k t e r i -s e r t v e d at videre omfatter minst et ytterligere trådnett anbrakt mellom to tilstøtende filtreringslag.

27. Partikkelkontrollsiktet (10, 15) ifølge krav 1 eller nede-i-hullssammenstillingen ifølge krav 11 eller fremgangsmåten ifølge krav 19, k a r a k t e r i -s e r t v e d at støttelaget (12) og filterlagene (14, 16, 18) er diffusjonsbundet sammen.