專利名稱：防砂篩組件及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及控制從含烴地層(hydrocarbon formation)中產(chǎn)出顆粒物質(zhì)，尤 其涉及一種具有可膨脹材料層的防砂篩組件，該可膨脹材料層可用于使多個(gè)具有過濾顆粒 能力的伸縮射孔沿徑向伸展至與地層接觸。
背景技術(shù)：
在不限制本發(fā)明的范圍的情況下，根據(jù)例如烴通過橫貫疏松或松散的固結(jié)地層 (consolidated formation)的井筒的產(chǎn)出描述本發(fā)明的背景。在地下井鉆井和完井技術(shù)中眾所周知的是，在從橫貫疏松或松散的固結(jié)地層的井 中產(chǎn)出烴的過程中可能產(chǎn)出顆粒物質(zhì)，例如，沙。此類顆粒物質(zhì)的產(chǎn)出可能引起許多問題。 例如，顆粒物質(zhì)對井內(nèi)的組件(例如管道、泵和閥)產(chǎn)生磨蝕。另外，顆粒物質(zhì)可能會部分 地或完全地堵塞井，造成需要昂貴的油井維修。而且，如果顆粒物質(zhì)被產(chǎn)出到表面，則必須 在表面上通過處理設(shè)備從烴流體中去除這些顆粒物質(zhì)。用于防止此類顆粒物質(zhì)產(chǎn)出到表面的一種方法是，鄰近疏松或松散的固結(jié)的生產(chǎn) 層段(interval)將礫石充填到井中。在典型的礫石充填完井中，防砂篩被下入工作管柱上 的井筒中，到達(dá)最接近的所需的生產(chǎn)層段的位置。隨后，包括液體載體和顆粒物質(zhì)(例如， 礫石)的流體漿被向下泵送到工作管柱，并進(jìn)入在防砂篩與有孔的井套管或裸眼生產(chǎn)區(qū)之 間形成的井環(huán)帶中。液體載體或流入地層中，或通過流經(jīng)防砂篩返回至表面，或即流入地層中也通 過流經(jīng)防砂篩返回至表面。在任一情況下，礫石積聚在防砂篩周圍，從而形成礫石充填 (gravel pack)，其對烴流體流是高度可透過的，但卻阻擋了烴流體中攜帶的顆粒的流動(dòng)。 這樣，礫石充填能夠成功地防止與從地層中產(chǎn)出顆粒物質(zhì)相關(guān)聯(lián)的問題。然而，已證明難以實(shí)現(xiàn)所需生產(chǎn)層段的完全的礫石充填，在長的或傾斜的/水平 的生產(chǎn)層段中尤其如此。這些不完全的充填通常是液體載體進(jìn)入生產(chǎn)層段的可透過部分導(dǎo) 致礫石在環(huán)帶中形成砂橋的結(jié)果。之后，砂橋阻止流體漿流入環(huán)帶的剩余部分，這又阻止了 將充足的礫石置于環(huán)帶的剩余部分。在礫石充填不可行的某些裸眼完井中，已經(jīng)嘗試使用可膨脹的防砂篩。通常，可膨 脹的防砂篩設(shè)計(jì)成不僅從地層流體中濾出顆粒物質(zhì)，還提供對地層的徑向支撐，以防止地 層坍塌到井筒中。然而，已證明由于井筒的輪廓不均勻，所以傳統(tǒng)的可膨脹的防砂篩不能 沿它們的整個(gè)長度接觸井筒的壁。更具體地，由于鉆井筒的過程和井下巖石層的非均勻性， 通常發(fā)生沖刷(washout)或其它不合常規(guī)的情況，導(dǎo)致井筒內(nèi)的某些部位具有比其它區(qū)域 更大的直徑或具有非圓形的截面。因此，當(dāng)可膨脹的防砂篩膨脹時(shí)，在可膨脹的防砂篩與井 筒的不規(guī)則區(qū)域之間會產(chǎn)生間隙。另外，已證明膨脹過程不合需要地削弱了這種防砂篩。更近來，已經(jīng)嘗試安裝包括伸縮篩構(gòu)件的防砂篩。通常，使用液壓使伸縮篩構(gòu)件朝 向井筒沿徑向向外伸展。該過程要求提供作用于伸縮構(gòu)件上的遍及整個(gè)工作管柱的流體壓 力，使這些構(gòu)件從部分伸展到生產(chǎn)管柱中的位置移動(dòng)到沿徑向伸展的位置。然而，已證明在基本上水平的生產(chǎn)層段中，伸縮篩構(gòu)件可能不能適當(dāng)?shù)卣归_，沿位于井筒底面的生產(chǎn)管 柱部分尤其如此。所有的伸縮篩構(gòu)件不能完全伸展，導(dǎo)致形成不均勻的內(nèi)孔腔，這可能阻止 工具從中穿過。因此，就需要一種防止從橫貫含烴地層的井中產(chǎn)出顆粒物質(zhì)而不需要執(zhí)行礫石充 填操作的防砂篩組件。還需要一種對地層提供徑向支撐而不需要使金屬管膨脹的防砂篩組 件。此外，需要一種適合于在裸眼完井和水平生產(chǎn)層段中進(jìn)行操作的防砂篩組件。

發(fā)明內(nèi)容
在此披露的本發(fā)明包括一種防止從橫貫含烴地層的井中產(chǎn)出顆粒物質(zhì)的防砂篩 組件。本發(fā)明的防砂篩組件實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，而不需要執(zhí)行礫石充填操作。另外，本發(fā)明的防 砂篩組件對地層提供徑向支撐而不需要使金屬管膨脹，并適合于在裸眼完井和水平生產(chǎn)層 段中進(jìn)行操作。一方面，本發(fā)明的目的在于一種防砂篩組件，其包括具有允許流體從其中通過的 多個(gè)開口的基管；以及設(shè)置在基管外部并圍繞多個(gè)開口的可膨脹過濾介質(zhì)?？膳蛎涍^濾介 質(zhì)響應(yīng)于與活化流體的接觸，可在第一構(gòu)型與第二構(gòu)型之間沿徑向伸展?？膳蛎涍^濾介質(zhì) 是可操作的，允許流體從其中穿過并阻止預(yù)定尺寸的顆粒流從中穿過。在一個(gè)實(shí)施例中，該活化流體為烴。在另一實(shí)施例中，可膨脹過濾介質(zhì)由選自彈性 聚合物、EPDM橡膠、苯乙烯丁二烯、天然橡膠、二元乙丙橡膠、三元乙丙橡膠、乙烯醋酸乙烯 酯橡膠、氫化丁腈橡膠、丁腈橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯橡膠以及聚降冰片烯構(gòu)成的組 的材料形成。在該實(shí)施例中，可膨脹材料可包含直徑小于Imm的細(xì)孔。在又一實(shí)施例中，當(dāng) 防砂篩組件設(shè)置在井中并且可膨脹過濾介質(zhì)處于其第二構(gòu)型中時(shí)，可膨脹過濾介質(zhì)是可操 作的，以便膨脹成與地層的表面接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，可膨脹過濾介質(zhì)可包括過濾介質(zhì)層 和可膨脹材料層。在另一實(shí)施例中，可膨脹過濾介質(zhì)可包括設(shè)置在兩個(gè)可膨脹材料層之間 的過濾介質(zhì)層。另一方面，本發(fā)明的目的在于一種防砂篩組件，其包括在其側(cè)壁部中具有至少一 個(gè)開口的基管；以及設(shè)置在基管外部并具有與基管的至少一個(gè)開口相對應(yīng)的至少一個(gè)開口 的可膨脹材料層。伸縮射孔可與基管的至少一個(gè)開口操作上相關(guān)聯(lián)，并至少部分地設(shè)置在 可膨脹材料層的至少一個(gè)開口內(nèi)。過濾介質(zhì)設(shè)置在伸縮射孔內(nèi)。在操作中，可膨脹材料層 響應(yīng)于與活化流體接觸的徑向膨脹引起伸縮射孔沿徑向向外伸展。在一個(gè)實(shí)施例中，位于伸縮射孔遠(yuǎn)端的面板基本垂直于伸縮射孔的縱向軸線。在 該實(shí)施例中，面板可設(shè)置在可膨脹材料層的外表面上。在另一實(shí)施例中，過濾介質(zhì)從伸縮射 孔的遠(yuǎn)端沿徑向向內(nèi)凹進(jìn)。在該實(shí)施例中，過濾介質(zhì)還可以是多層金屬篩網(wǎng)(woven wire mesh)。在又一實(shí)施例中，伸縮射孔可以是伸縮管狀孔。在另一實(shí)施例中，活化流體可以是 烴，并且可膨脹材料可選自由彈性聚合物、EPDM橡膠、苯乙烯丁二烯、天然橡膠、二元乙丙橡 膠、三元乙丙橡膠、乙烯醋酸乙烯酯橡膠、氫化丁腈橡膠、丁腈橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二 烯橡膠以及聚降冰片烯構(gòu)成的組。另一方面，本發(fā)明的目的在于一種包括基管的防砂篩組件，基管在其側(cè)壁部分具 有多個(gè)開口并限定內(nèi)流路。可膨脹材料層設(shè)置在基管外部，并具有與基管的開口相對應(yīng)的 多個(gè)開口。多個(gè)伸縮射孔與基管的開口可操作地相關(guān)聯(lián)，并至少部分地設(shè)置在可膨脹材料層的相對應(yīng)的開口內(nèi)。伸縮射孔提供位于基管外部的流體源與內(nèi)流路之間的流體流路。過 濾介質(zhì)設(shè)置在每個(gè)伸縮射孔內(nèi)。在操作中，可膨脹材料層響應(yīng)于與活化流體接觸的徑向膨 脹引起伸縮射孔沿徑向向外伸展。另一方面，本發(fā)明的目的在于一種用于制造防砂篩組件的方法。該方法包括提供 具有內(nèi)流路的基管；將可膨脹材料層設(shè)置到基管的外部；在基管和可膨脹材料層中形成相 對應(yīng)的開口，并使具有過濾介質(zhì)的多個(gè)伸縮射孔與基管的開口可操作地相關(guān)聯(lián)；將伸縮射 孔至少部分地設(shè)置在可膨脹材料層的相應(yīng)的開口內(nèi)，使得在可膨脹材料層沿徑向膨脹時(shí)， 伸縮射孔沿徑向向外伸展。該方法還可包括在將可膨脹材料層設(shè)置在基管的外部之后形成開口 ；穿過可膨 脹材料層和基管鉆孔；以及使伸縮射孔與基管的開口螺紋聯(lián)接。另一方面，本發(fā)明涉及一種將防砂組件安裝在地下井中的方法。該方法包括使 防砂篩組件下入到地下井內(nèi)的目標(biāo)位置；使設(shè)置在基管外部的可膨脹材料層與活化流體接 觸，可膨脹材料層和基管具有相對應(yīng)的開口 ；可膨脹材料層響應(yīng)于與活化流體的接觸，沿徑 向膨脹；以及響應(yīng)于可膨脹材料層的徑向膨脹，伸縮射孔沿徑向向外伸展，具有過濾介質(zhì)的 伸縮射孔與基管的開口可操作地相關(guān)聯(lián)并至少部分地設(shè)置在可膨脹材料層的對應(yīng)的開口 內(nèi)。


為了更全面地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考本發(fā)明的詳細(xì)描述及附圖，在 這些附圖中，不同圖中的相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件，并且在附圖中圖IA為操作處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的下入構(gòu)型(run in configuration)中的 多個(gè)防砂篩組件的井系統(tǒng)的示意圖；圖IB為操作處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操作構(gòu)型中的多個(gè)防砂篩組件的井系統(tǒng) 的示意圖；圖2A為操作處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的下入構(gòu)型中的多個(gè)防砂篩組件的井系統(tǒng) 的示意圖；圖2B為操作處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操作構(gòu)型中的多個(gè)防砂篩組件的井系統(tǒng) 的示意圖；圖3為沿圖IA的防砂篩組件的線3-3剖開的剖視圖；圖4為沿圖IB的防砂篩組件的線4-4剖開的剖視圖；圖5為處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的下入構(gòu)型中的防砂篩組件的側(cè)視圖；圖6為處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操作構(gòu)型中的防砂篩組件的側(cè)視圖；圖7A為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的防砂篩組件的一部分的側(cè)視圖，其示出了伸縮射 孔的頂部；圖7B為沿圖7A的伸縮射孔的線7B-7B剖開的剖視圖；圖8為處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的下入構(gòu)型中的防砂篩組件的側(cè)視圖；圖9為處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操作構(gòu)型中的防砂篩組件的側(cè)視圖；圖10為處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的下入構(gòu)型中的防砂篩組件的側(cè)視圖；圖11為處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操作構(gòu)型中的防砂篩組件的側(cè)視圖12為處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操作構(gòu)型中的防砂篩組件的側(cè)視圖；圖13為處于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操作構(gòu)型中的防砂篩組件的側(cè)視圖；圖14為制造根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的防砂篩組件的步驟的流程圖；以及圖15為安裝及操作根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的防砂篩組件的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式雖然下面詳細(xì)闡述了本發(fā)明的各種實(shí)施例的制造和應(yīng)用情況，但應(yīng)該認(rèn)識到，本 發(fā)明提供了可在各種具體情況下實(shí)施的多種可應(yīng)用的發(fā)明概念。在此闡述的具體實(shí)施例僅 示出了制造與使用本發(fā)明的具體方式，而并不限定本發(fā)明的范圍。首先參考圖1A，其中示出了包括多個(gè)體現(xiàn)本發(fā)明原理的防砂篩組件的井系統(tǒng)，該 井系統(tǒng)被示意性示出并總體上表示為10。在所示實(shí)施例中，井筒12延伸穿過各個(gè)巖層 (earth strata)。井筒12具有基本豎直的段14，段14的上部安裝在套管柱16中。井筒 12還具有延伸穿過含烴地層20的基本水平的段18。如所示的，井筒12的基本水平的段18 為裸眼。油管柱(tubing string) 22設(shè)置在井筒12內(nèi)并從表面延伸。油管柱22提供用于 使地層流體從地層20流到表面的管道。多個(gè)防砂篩組件24設(shè)置在油管柱22內(nèi)。這些防 砂篩組件24被以下入構(gòu)型或未伸展的構(gòu)型示出。接著參考圖1B，該圖中示出了防砂篩組件24處于其沿徑向膨脹構(gòu)型時(shí)的圖IA的 井系統(tǒng)。如下面更詳細(xì)闡述的，當(dāng)防砂篩組件24的可膨脹材料層與活化流體(例如，烴流 體)形成接觸時(shí)，該可膨脹材料層沿徑向膨脹，這又使得防砂篩組件24的伸縮射孔沿徑向 向外伸展。優(yōu)選地，如圖IB所示，可膨脹材料層與伸縮射孔在膨脹時(shí)與地層20形成接觸。參考圖2A至圖2B，其中示出了包括多個(gè)體現(xiàn)本發(fā)明原理的防砂篩組件24的井系 統(tǒng)，該井系統(tǒng)被示意性示出并總體上表示為30。除圖2A中與圖IA至圖IB共同的那些部件 以外，可以通過在鄰近的防砂篩組件24或成組的防砂篩組件24之間使用區(qū)域隔離裝置和 /或可膨脹的區(qū)域隔離裝置26或其它密封裝置(例如封隔器)，將油管柱22進(jìn)一步分為 多個(gè)層段。如圖2B所示，區(qū)域隔離裝置26可在水平段18中，在油管柱22與井筒12之間 膨脹，從而對位于一個(gè)或多個(gè)區(qū)域隔離裝置26之間的相鄰的防砂篩組件24或成組的防砂 篩組件24進(jìn)行區(qū)域隔離。這些區(qū)域隔離裝置26可由在接觸流體時(shí)膨脹(脹大)的材料制成，例如，無機(jī)或 有機(jī)流體?？墒沟脜^(qū)域隔離裝置26膨脹并隔離的一些示例性流體包括水和烴。另外，盡管圖IA至圖2B示出了在井筒的水平段中的本發(fā)明的防砂篩組件，但本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的防砂篩組件同樣也很適合用于偏斜或豎直的井筒。因此，本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，關(guān)于圖中示出的示例性實(shí)施例，使用如上、下、上部、下部、向上、向 下之類的方向性術(shù)語，向上的方向朝向相應(yīng)的圖的頂部，而向下的方向朝向相應(yīng)的圖的底 部。參考圖3，其中示出了體現(xiàn)本發(fā)明的原理并總體上表示為40的、處于下入構(gòu)型中 的防砂篩組件的剖面圖。防砂篩組件40包括限定內(nèi)流路42的基管44?；?4具有多個(gè) 開口 45，這些開口允許流體在基管44的外部與內(nèi)流路42之間流動(dòng)。防砂篩組件40包括由 可膨脹材料46構(gòu)成的同心層，其沿周向圍繞著基管44。可膨脹材料46具有與基管44的開
7口 45相對應(yīng)的多個(gè)開口 47。在所示的實(shí)施例中，防砂篩組件40包括多個(gè)伸縮射孔48。伸 縮射孔48的近端通過螺紋連接、焊接、摩擦配合等方式連接到基管44。伸縮射孔48的遠(yuǎn)端 終止于面板50，面板50位于可膨脹材料46外表面的外部或嵌入到可膨脹材料46的外表面 中。這些伸縮射孔48提供了穿過可膨脹材料46和基管44的、位于伸縮射孔48的遠(yuǎn)端與 近端之間的流體管道或通道。過濾介質(zhì)52設(shè)置在每個(gè)伸縮射孔48內(nèi)。過濾介質(zhì)52可包括機(jī)械篩元件，例如，具有多層金屬篩網(wǎng)的、流體能滲透而顆粒 受限制的金屬篩，多層金屬篩網(wǎng)可擴(kuò)散結(jié)合或燒結(jié)在一起以形成多孔金屬篩網(wǎng)，該多孔金 屬篩網(wǎng)被設(shè)計(jì)為允許流體從中流過但阻止預(yù)定尺寸的顆粒物質(zhì)從中流過?？商鎿Q地，過濾 介質(zhì)52可由其它類型的防砂介質(zhì)形成，所述防砂介質(zhì)例如礫石充填物質(zhì)、金屬珠(如不銹 鋼珠或燒結(jié)不銹鋼珠)等?，F(xiàn)在另外參考圖4，其中示出了處于操作構(gòu)型中的防砂篩組件40的剖視圖。在 示出的實(shí)施例中，可膨脹材料46已與活化流體(例如，烴流體)接觸，該活化流體使得可 膨脹材料46沿徑向膨脹成與井筒54的表面接觸，在示出的實(shí)施例中，井筒54的該表面為 地層面。另外，可膨脹材料46的徑向膨脹已使得伸縮射孔48沿徑向向外伸展成與井筒 54的表面接觸。在該實(shí)施例中，在過濾介質(zhì)52與井筒54之間具有間隙區(qū)域(stand off region) 56，使得過濾介質(zhì)52不會與地層的表面形成實(shí)際接觸。接著參考圖5，其中示出了體現(xiàn)本發(fā)明原理并總體上表示為100的、處于下入構(gòu)型 中的防砂篩組件的側(cè)視圖。在該實(shí)施例中，防砂篩組件100位于具有表面104的地層102 的裸眼部內(nèi)。防砂篩組件100包括一個(gè)或多個(gè)伸縮射孔106，所示的伸縮射孔處于未伸展的位置。防砂篩組件100包括由可膨脹材料112構(gòu)成的同心層，該同心層圍繞著具有內(nèi)流 路120的基管108。一方面，伸縮射孔106包括面板118和過濾介質(zhì)110?？膳蛎洸牧?12 包括外表面114。在所示的實(shí)施例中，這些面板118嵌入到可膨脹材料112內(nèi)，使得在下入 構(gòu)型中形成基本平滑的外表面。在外表面114與地層102的表面104之間設(shè)有環(huán)形區(qū)域 116。另外參考圖6，其中示出了處于操作構(gòu)型中的防砂篩組件100的剖視圖。可膨脹材 料112已與活化流體(例如，烴流體)接觸，該活化流體使得可膨脹材料112沿徑向膨脹成 與地層102的表面104接觸。同樣地，可膨脹材料112的徑向膨脹已使得伸縮射孔106沿 徑向向外伸展成與地層102的表面104接觸。在該實(shí)施例中，由于面板118的間隙區(qū)域，所 以過濾介質(zhì)110不會與地層102的表面104接觸。優(yōu)選地，可膨脹材料112的外表面114 與地層102的表面104接觸。 另外參考圖7A，其中示出了防砂篩組件40、100的可膨脹材料46、112，面板50、118 以及過濾介質(zhì)52、110的局部遠(yuǎn)端視圖。如所示的，面板50、118設(shè)置在可膨脹材料46、112 的外表面上(仍參見圖3至圖6)。由于可膨脹材料46、112圍繞伸縮射孔48、106的伸縮部 分，并且由于面板50、118的直徑大于伸縮射孔48、106的伸縮部分的直徑，所以可膨脹材料 46、112的徑向膨脹對面板50、118施加沿徑向向外指向的力，這又使得伸縮射孔48、106朝 向地層54、102的表面58、104沿徑向伸展。 參考圖7B，伸縮射孔48、106具有外管狀件74和內(nèi)管狀件76。優(yōu)選地，外管狀件 74通過螺紋連接方式或其它合適的方式連接到基管44、108。內(nèi)管狀件76連接到面板50、118。按照這種方式，當(dāng)沿徑向向外指向的力被施加到面板50、118時(shí)，內(nèi)管狀件76相對于 外管狀件74沿徑向向外地伸縮。伸縮射孔48、106的內(nèi)管狀件76和外管狀件74 —起限定 了內(nèi)流路72。在內(nèi)流路72內(nèi)設(shè)置過濾介質(zhì)52、110，過濾介質(zhì)52、110可為機(jī)械篩元件或其 它適合的過濾構(gòu)件，其尺寸取決于所要被安裝到其中的生產(chǎn)區(qū)域的特定要求。過濾介質(zhì)52 的一些示例性尺寸可為20、30和40標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)尺寸。盡管圖3至圖7B示出了具有內(nèi)管狀件76和外管狀件74的伸縮射孔48、106，但本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的原理的情況下，其它構(gòu)型的嵌套式伸縮元件能 夠可替換地應(yīng)用于伸縮射孔48、106中。另外，應(yīng)當(dāng)指出，在基管44、108上可設(shè)置任何數(shù)目 的伸縮射孔48、106，并且這些伸縮射孔可設(shè)置在基管44、108周邊的任何所需的位置處。優(yōu)選地，當(dāng)伸縮射孔48、106充分伸展時(shí)，過濾介質(zhì)52、110與地層54、102的表面 58、104之間保留有間隙距離。例如，如果濾餅之前已經(jīng)形成于地層54、102的表面58、104 上，則該間隙將會防止損壞過濾介質(zhì)52、110，并允許使用酸或其它反應(yīng)性流體去除濾餅。參考圖8，其中示出了處于未伸展位置中的防砂篩組件150的側(cè)視圖。防砂篩組件 150包括由可膨脹材料154構(gòu)成的同心層，該同心層沿周向圍繞著具有內(nèi)流路166的基管 152?；?52優(yōu)選地包括多個(gè)開口 168，這些開口 168與可膨脹材料154處于流體連通， 以便提供地層162與內(nèi)流路166之間的流體管道。在所示的實(shí)施例中，可膨脹控制篩158 預(yù)先安裝在裸眼完井中，使得可膨脹控制篩158貼靠地層162的表面164設(shè)置?？膳蛎浬?篩158為流體能滲透而顆粒受限制的金屬物質(zhì)，例如，多個(gè)金屬絲網(wǎng)層，它們可擴(kuò)散結(jié)合或 燒結(jié)在一起以形成流體能滲透的金屬網(wǎng)篩?？膳蛎浬昂Y158包括保護(hù)過濾介質(zhì)的內(nèi)管和外 管。如所示的，可膨脹砂篩158具有開口段160，在該開口段中，篩被磨穿或損壞，這使得砂 產(chǎn)物進(jìn)入井筒中。另參考圖9，其中示出了處于伸展位置中的防砂篩組件150的側(cè)視圖。具體而言， 可膨脹材料154已膨脹，使得可膨脹材料154的外表面156接觸砂篩158的內(nèi)表面。這種 膨脹已經(jīng)響應(yīng)于可膨脹材料154接觸活化流體(例如，在此描述的烴流體)而發(fā)生。如所示 的，可膨脹砂篩158的開口段160此時(shí)被隔離，使得現(xiàn)在能阻止穿過開口段160的砂產(chǎn)物， 并且可膨脹砂篩158的失效段被修復(fù)。這樣，在可膨脹材料154為不可透過的材料的實(shí)施 例中，防砂篩組件150可作為被損壞的砂篩158內(nèi)的補(bǔ)丁設(shè)于井下?？商鎿Q地，在可膨脹材 料154為流體可透過但顆粒不可透過的材料的實(shí)施例中，產(chǎn)出流體可流經(jīng)可膨脹材料154 和基管152的開口 168進(jìn)入內(nèi)流路166中。參考圖10至圖11，其中分別示出了處于未伸展位置和伸展位置中的防砂篩組件 180的側(cè)視圖。在所示的實(shí)施例中，防砂篩組件180設(shè)置在鄰近地層190的帶套管的井筒 中。套管(casing) 192已被預(yù)先穿孔，如附圖標(biāo)記196所示，由此形成穿過套管192的多個(gè) 開口 194。防砂篩組件180包括由可膨脹材料184構(gòu)成的同心層，該同心層沿周向圍繞著基 管182?；?82包括多個(gè)開口 198并限定內(nèi)流路200。如圖11所示，可膨脹材料184已 膨脹，使得可膨脹材料184的外表面186接觸套管192的內(nèi)表面。這種膨脹已經(jīng)響應(yīng)于可 膨脹材料184接觸活化流體(例如，在此描述的烴流體)而發(fā)生。在所示的實(shí)施例中，可膨 脹材料184可用作封隔器，防止從與套管192關(guān)聯(lián)的層段中的流體產(chǎn)出和顆粒產(chǎn)出?？商?換地，可膨脹材料184可為流體可透過但顆粒不可透過的材料，使得產(chǎn)出流體可流經(jīng)可膨 脹材料184和基管182的開口 198，進(jìn)入內(nèi)流路200中。
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上述可膨脹材料(例如，可膨脹材料46、112、154、184)為在被活化流體(如無機(jī) 或有機(jī)流體)接觸時(shí)膨脹的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，可膨脹材料是在與烴(例如，油)接觸 并且/或者吸收烴(例如，油)時(shí)膨脹的材料。烴被吸收到可膨脹材料中，使得可膨脹材料 的體積增大，從而當(dāng)可膨脹材料被設(shè)置在基管周圍時(shí)，引起可膨脹材料沿徑向膨脹，這產(chǎn)生 沿徑向向外指向的力，該力使伸縮射孔沿徑向伸展，如上所述。優(yōu)選地，可膨脹材料將會膨 脹直到其外表面接觸裸眼完井中的地層表面或帶套管的井筒中的套管壁。因此，可膨脹材 料提供了使伸縮射孔伸展到地層表面的能量。一些示例性的可膨脹材料包括彈性聚合物，例如，EPDM橡膠、苯乙烯丁二烯、天然 檢膠、二兀乙丙檢膠(ethylene propylene monomer rubber)、三兀乙丙檢膠(ethylene propylene diene monomer rubber)、乙烯醋酸乙烯酯橡膠、氫化丁腈橡膠、丁腈橡膠、異戊 二烯橡膠、氯丁二烯橡膠以及聚降冰片烯。這些及其它的可膨脹材料與烴接觸并通過吸收 烴而脹大，因此可膨脹材料膨脹。在一個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)成可膨脹材料的橡膠還可具有溶解于 其中或與其機(jī)械混合的其它物質(zhì)，例如，纖維素的纖維。其它的選擇可為與聚氯乙烯、甲基 丙烯酸甲酯、丙烯腈、乙酸乙酯或其它與油接觸時(shí)膨脹的聚合物機(jī)械混合的橡膠。在一些實(shí)施例中，由于可膨脹材料內(nèi)部的多孔性，所以可膨脹材料可使某些流體 透過但阻止顆粒從其中穿過。例如，可膨脹材料可具有這樣的孔徑尺寸，該孔徑尺寸小到足 以防止砂通過但大到足以允許烴流體通過其產(chǎn)出。例如，可膨脹材料可具有小于Imm的孔 徑尺寸。參考圖12，其中示出了處于膨脹構(gòu)型中的防砂篩組件220的側(cè)視圖。防砂篩組件 220包括基管222，該基管具有多個(gè)開口 224并限定內(nèi)流路226。圍繞基管222同心地設(shè)置 過濾介質(zhì)228。所示的過濾介質(zhì)228為流體能滲透而顆粒受限制的金屬材料，例如，多個(gè)金 屬絲網(wǎng)層，它們可擴(kuò)散結(jié)合或燒結(jié)在一起以形成流體能滲透的金屬網(wǎng)篩。本領(lǐng)域技術(shù)人員 將會理解，可替換地，在防砂篩組件220中可使用其它類型的過濾介質(zhì)，例如，繞絲篩、砂石 充填篩等。防砂篩組件220還包括沿周向圍繞過濾介質(zhì)228的可膨脹材料230的層。過濾 介質(zhì)228和可膨脹材料230可共同被稱作可膨脹過濾介質(zhì)。按照與上述方式相類似的方式，在可膨脹材料230處于未膨脹構(gòu)型的狀態(tài)下，防 砂篩組件220向井下下入(run downhole) 0如圖12所示，可膨脹材料230已膨脹，使得可 膨脹材料230的外表面232接觸裸眼井筒234的表面。這種膨脹已經(jīng)由于可膨脹材料230 接觸活化流體(例如，在此描述的烴流體)而發(fā)生。在所示的實(shí)施例中，可膨脹材料230是 流體所能透過的，在一些實(shí)施例中，可膨脹材料230是某些顆粒物質(zhì)所能透過的，其中過濾 介質(zhì)228防止這些顆粒物質(zhì)進(jìn)入基管222的內(nèi)流路226中。參考圖13，其中示出了處于膨脹構(gòu)型中的防砂篩組件240的側(cè)視圖。防砂篩組件 240包括基管242，該基管具有多個(gè)開口 244并限定內(nèi)流路246。圍繞基管242同心地設(shè)置 由可膨脹材料248構(gòu)成的層。圍繞可膨脹材料248同心地設(shè)置過濾介質(zhì)250。所示的過濾 介質(zhì)為流體能滲透而顆粒受限制的金屬材料，例如，多個(gè)金屬絲網(wǎng)層，它們擴(kuò)散結(jié)合或燒結(jié) 在一起以形成流體能滲透的金屬網(wǎng)篩。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，可替換地，在防砂篩組件 220中可使用其它類型的過濾介質(zhì)，例如，繞絲篩、砂石充填篩等。防砂篩組件240還包括沿 周向圍繞過濾介質(zhì)250的可膨脹材料252的層?？膳蛎洸牧?48包括多個(gè)射孔254，可膨脹 材料252包括多個(gè)射孔256。過濾介質(zhì)250和可膨脹材料248、252可共同被稱作可膨脹過濾介質(zhì)。按照與上述方式相類似的方式，在可膨脹材料248、252處于未膨脹構(gòu)型的狀態(tài) 下，防砂篩組件240向井下下入。如圖13所示，可膨脹材料248、252已膨脹，使得可膨脹材 料252的外表面258接觸裸眼井筒260的表面。這種膨脹由于可膨脹材料248、252接觸活 化流體(例如，在此描述的烴流體)而發(fā)生。除本防砂篩組件的上述方案和實(shí)施例以外，本發(fā)明還包括制造防砂篩組件的方 法。圖14示出了用于制造防砂篩組件的示例性步驟的實(shí)施例320。在步驟322中，提供具 有用于所需應(yīng)用場合中的所需長度的基管。在步驟324中，在基管的外部設(shè)置可膨脹材料 的涂層。該步驟可包括適合于在此披露的可膨脹材料的任何類型的涂覆工藝，包括浸泡、 噴灑、包裹、涂布等。通常，根據(jù)井筒中的所需應(yīng)用情況，以所需的長度將可膨脹材料應(yīng)用于 基管上。另外，可根據(jù)基管相對于生產(chǎn)區(qū)域在井筒中所處的位置，確定可膨脹材料在基管上 的位置。在步驟326中，在可膨脹材料中形成開口。該步驟可通過利用鉆孔、切割等去除可 膨脹材料的某些部分來執(zhí)行。在該步驟中，使用相同或不同的鉆孔或切割工藝，將基管的相 應(yīng)部分也被移除，從而在基管中形成孔。在步驟328中，基管中的孔可被攻絲或車螺紋以接收伸縮射孔。在步驟330中，這 些伸縮射孔(包括面板在內(nèi))穿過可膨脹材料的被移除部分安裝，并被擰到基管的螺孔中， 從而形成防砂篩組件。圖15示出了用于控制從生產(chǎn)層段中產(chǎn)出砂和烴的示例性步驟的實(shí)施例340。在步 驟342中，鉆出井筒，使得井筒橫貫地下的含烴地層。該步驟可包括將各種套管或襯管設(shè) 置在井筒中，并在將包括本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)防砂篩組件的工作管柱放入之前進(jìn)行各種其 它的井構(gòu)建活動(dòng)。在步驟344中，一個(gè)或多個(gè)防砂篩組件被放入(插入)到井筒中，并且這 些防砂篩組件鄰近其各自的生產(chǎn)層段設(shè)置。在該步驟中，防砂篩組件優(yōu)選地下入到具有平 滑內(nèi)孔腔(bore)和平滑外孔腔的孔中，從而使卡住的風(fēng)險(xiǎn)最小化。在步驟346中，活化流體(例如，烴)接觸防砂篩組件，并且防砂篩組件沿徑向向 外膨脹、伸展和/或擴(kuò)張成與井筒的地層表面接觸。在包括伸縮射孔的實(shí)施例中，步驟348 和350包含使防砂篩組件的可膨脹材料沿徑向膨脹，這在面板上形成向外的徑向力，使得 伸縮射孔沿徑向伸展。在這一點(diǎn)上，由于在井筒內(nèi)沒有限制，所以井筒非常適合于后處理刺激。而且，不 必泵送礫石或水泥來實(shí)現(xiàn)有效的區(qū)域隔離及防砂。如上所述，該過程還可包括將包含膨脹 封隔器的毛坯封隔器(blank packer)引入到工作管柱中，以進(jìn)一步隔離井筒的所需段，使 得可以實(shí)現(xiàn)長的、多種多樣的層段。通過所使用的伸縮射孔的密度和大小，可調(diào)節(jié)可用的流動(dòng)面積。在上述的任何步 驟中，封隔器均可被設(shè)置成下入控制線路或光纖。因此，其還可以被配置成包括連續(xù)監(jiān)視溫 度和壓力的光纖以及其它的控制線路，從而執(zhí)行靈活的井功能。盡管已參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是這種描述并非意欲被以限制的含義 來解釋。在參考以上描述之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將會顯而易見這些示例性實(shí)施例的 各種變型和組合。因此，所附權(quán)利要求旨在包含所有的此類變型或?qū)嵤├?br> 權(quán)利要求
一種防砂篩組件，包括基管，所述基管的側(cè)壁部分中具有至少一個(gè)開口；設(shè)置在所述基管外部的可膨脹材料層，所述可膨脹材料層具有與所述基管的至少一個(gè)開口相對應(yīng)的至少一個(gè)開口；伸縮射孔，所述伸縮射孔與所述基管的至少一個(gè)開口可操作地相關(guān)聯(lián)，并至少部分地設(shè)置在所述可膨脹材料層的至少一個(gè)開口內(nèi)；以及設(shè)置在所述伸縮射孔內(nèi)的過濾介質(zhì)，所述過濾介質(zhì)從所述伸縮射孔的遠(yuǎn)端沿徑向向內(nèi)凹進(jìn)；其中，響應(yīng)于與活化流體接觸，所述可膨脹材料層的徑向膨脹引起所述伸縮射孔沿徑向向外伸展。
2.如權(quán)利要求1所述的防砂篩組件，還包括位于所述伸縮射孔的遠(yuǎn)端的面板，所述面 板基本上垂直于所述伸縮射孔的縱向軸線。
3.如權(quán)利要求2所述的防砂篩組件，其中所述面板被設(shè)置在所述可膨脹材料層的外表 面上。
4.如權(quán)利要求1所述的防砂篩組件，其中所述過濾介質(zhì)還包括多層金屬篩網(wǎng)。
5.如權(quán)利要求1所述的防砂篩組件，其中所述伸縮射孔為伸縮管狀孔。
6.如權(quán)利要求1所述的防砂篩組件，其中所述活化流體為烴流體和水中的至少一者。
7.如權(quán)利要求1所述的防砂篩組件，其中所述可膨脹材料選自由彈性聚合物、EPDM橡 膠、苯乙烯丁二烯、天然橡膠、二元乙丙橡膠、三元乙丙橡膠、乙烯醋酸乙烯酯橡膠、氫化丁 腈橡膠、丁腈橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯橡膠以及聚降冰片烯構(gòu)成的組。
8.一種防砂篩組件，包括基管，所述基管的側(cè)壁部分中具有多個(gè)沿周向和縱向分布的開口，并且所述基管限定 內(nèi)流路；設(shè)置在所述基管外部的可膨脹材料層，所述可膨脹材料層具有與所述基管的開口相對 應(yīng)的多個(gè)開口；多個(gè)沿周向和縱向分布的伸縮射孔，每個(gè)伸縮射孔與所述基管的其中一個(gè)開口可操作 地相關(guān)聯(lián)，并且至少部分地設(shè)置在所述可膨脹材料層的對應(yīng)的開口內(nèi)，所述伸縮射孔提供 位于設(shè)在所述基管外部的流體源與所述內(nèi)流路之間的流體流路；以及設(shè)置在每個(gè)伸縮射孔內(nèi)的過濾介質(zhì)；其中，響應(yīng)于與活化流體接觸，所述可膨脹材料層的徑向膨脹引起所述伸縮射孔沿徑 向向外伸展。
9.如權(quán)利要求8所述的防砂篩組件，其中所述活化流體為烴流體和水中的至少一者。
10.如權(quán)利要求8所述的防砂篩組件，其中所述過濾介質(zhì)還包括多層金屬篩網(wǎng)。
11.如權(quán)利要求8所述的防砂篩組件，其中所述過濾介質(zhì)從所述伸縮射孔的遠(yuǎn)端沿徑 向向內(nèi)凹進(jìn)。
12.如權(quán)利要求8所述的防砂篩組件，其中所述可膨脹材料選自由彈性聚合物、EPDM橡 膠、苯乙烯丁二烯、天然橡膠、二元乙丙橡膠、三元乙丙橡膠、乙烯醋酸乙烯酯橡膠、氫化丁 腈橡膠、丁腈橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯橡膠以及聚降冰片烯構(gòu)成的組。
13.一種用于制造防砂篩組件的方法，包括提供具有內(nèi)流路的基管；將可膨脹材料層設(shè)置到所述基管的外部；在所述基管和所述可膨脹材料層中形成相對應(yīng)的開口 ；以及使具有過濾介質(zhì)的多個(gè)沿周向和縱向分布的伸縮射孔與所述基管的開口可操作地相 關(guān)聯(lián)，并且將所述伸縮射孔至少部分地設(shè)置在所述可膨脹材料層的對應(yīng)的開口內(nèi)，使得在 所述可膨脹材料層沿徑向膨脹時(shí)，所述伸縮射孔能沿徑向向外伸展。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述基管和所述可膨脹材料層中形成相對應(yīng) 的開口的步驟還包括在將所述可膨脹材料層設(shè)置在所述基管的外部之后形成所述開口。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述基管和所述可膨脹材料層中形成相對應(yīng) 的開口的步驟還包括穿過所述可膨脹材料層和所述基管鉆孔。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，使具有過濾介質(zhì)的多個(gè)伸縮射孔與所述基管的 開口相關(guān)聯(lián)地起作用的步驟還包括使所述沿周向和縱向分布的伸縮射孔與所述基管的開 口螺紋聯(lián)接。
17.一種將防砂篩組件安裝在地下井中的方法，包括將所述防砂篩組件下入到所述地下井內(nèi)的目標(biāo)位置；使設(shè)置在基管外部的可膨脹材料層與活化流體接觸，所述可膨脹材料層和所述基管具 有相對應(yīng)的開口；所述可膨脹材料層響應(yīng)于與所述活化流體的接觸，沿徑向膨脹；以及響應(yīng)于所述可膨脹材料層的徑向膨脹，具有過濾介質(zhì)的沿周向和縱向分布的伸縮射孔 沿徑向向外伸展，所述伸縮射孔與所述基管的開口可操作地相關(guān)聯(lián)，并至少部分地設(shè)置在 所述可膨脹材料層的對應(yīng)的開口內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，使可膨脹材料層與活化流體接觸的步驟還包括 使所述可膨脹材料層與烴流體和水中的至少一者接觸。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述可膨脹材料選自由彈性聚合物、EPDM橡膠、 苯乙烯丁二烯、天然橡膠、二元乙丙橡膠、三元乙丙橡膠、乙烯醋酸乙烯酯橡膠、氫化丁腈橡 膠、丁腈橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯橡膠以及聚降冰片烯構(gòu)成的組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防砂篩組件(40)，其包括在其側(cè)壁部分具有多個(gè)開口(45)的基管(44)；以及設(shè)置在基管(44)外部并具有與基管(44)的開口(45)相對應(yīng)的多個(gè)開口(47)的可膨脹材料層(46)。多個(gè)伸縮射孔(48)可與基管(44)的開口(45)操作上相關(guān)聯(lián)，并至少部分地設(shè)置在可膨脹材料層(46)的對應(yīng)的開口(47)內(nèi)。過濾介質(zhì)(56)設(shè)置在每個(gè)伸縮射孔(48)內(nèi)。在操作中，所述可膨脹材料層(46)響應(yīng)于與活化流體接觸的徑向膨脹引起伸縮射孔(48)沿徑向向外伸展。
文檔編號E21B43/08GK101910553SQ200880124286
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者卡爾·彼斯麥·弗洛森, 羅納德·格倫·迪斯特赫夫特 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司