CN101099027B - 未烧结网砂控制滤网 - Google Patents
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Abstract
一种用于井中多孔管的微粒控制滤网组件(10)。该微粒控制滤网组件(10)包括带有第一端(62)和第二端(64)的滤网(60)。该滤网包括第一和第二未烧结织网层，每一层具有第一纵边和第二纵边。该圆柱形滤网(60)包括开口，其具有可防止颗粒材料穿过的尺寸，且包括与第一和第二未烧结织网层的第一纵边(92)和第二纵边(94)中每一条纵边相邻的纵向金属焊缝。纵向金属焊缝将未烧结织网层的边固定在一起。该微粒控制滤网组件(10)还包括适于焊接的金属结构(70)，与圆柱形滤网的第一端(62)相邻。圆柱形滤网(60)和金属结构(70)之间的环绕金属焊缝(78)将金属结构(70)的一部分与圆柱形滤网(60)的一部分粘结。
Description
背景技术
微粒控制滤网组件已被使用在井中所使用的多孔管中。微粒控制滤网组件典型地包括至少一个外圆柱形多孔板和至少一个内细网眼控制滤网。例如，在美国专利号5,782,299、5,899,271、5,937,944中公开了一种井中使用的多孔管中的微粒控制滤网组件的配置，这些专利由Simone等所有，与本专利申请目前的受让人共有。
在本领域中，人们希望使最少的砂或其它颗粒漏到多孔管中。存在几种使用未烧结/非扩散粘结网层的砂控制产品，用于过滤介质和后面的排水层。然而，现存的未烧结/非扩散粘结网层产品典型地包括由于折叠或卷边所产生的纵向焊缝接头。该纵向焊缝接头会在折叠处产生泄漏路径。该泄漏路径在通过将液体向下泵入到井中并进入地层中而将液体泵入到井中时尤其普遍。为防止形成泄漏路径，人们利用由扩散粘结网制成的砂控制产品形成的焊缝。然而，该产品的制造成本极高。
发明内容
本发明一方面提供了一种用于井中多孔管的微粒控制滤网组件。该微粒控制组件包括带有第一端和第二端的滤网。该滤网包括第一和第二未烧结织网层，每一层具有第一和第二纵边。该圆柱形滤网包括具有开口，其具有可防止颗粒材料穿过的尺寸，还包括纵向金属焊缝，其与第一和第二未烧结织网层的第一和第二纵边中每一条纵边相邻。纵向金属焊缝将未烧结织网层的边固定在一起。该微粒控制滤网组件还包括适于焊接的金属结构，其与圆柱形滤网的第一端相邻。圆柱形滤网和金属结构之间的环绕金属焊缝将金属结构的一部分与圆柱形滤网的一部分粘结。
另一方面，提供了一种用于井中所使用的多孔管的微粒控制滤网组件的制造方法。提供第一和第二网层；将第一和第二网层连接在一 起，以形成带有第一端、第二端、第一纵边和第二纵边的两层未烧结滤网；将固体金属条连接到两层未烧结滤网的第一端上；将所述两层未烧结滤网制成大致圆柱形状，每一网层具有第一和第二纵边，固体金属条置于一端；对至少一个滤网的第一和第二纵边进行切边处理以使纵边基本相连；和将网层的第一和第二纵边焊接在一起。
上面的段落只是作为一般介绍来提供，而不试图限制后续的权利要求。
附图说明
图1是示出了安装在基管上的微粒控制滤网组件的实施方式的横剖视图；
图2示出了微粒控制滤网组件的实施方式；
图3是微粒控制滤网组件的实施方式的横剖视图；
图4是图3的放大视图，示出了圆柱形滤网与金属结构之间的连接的实施方式；
图5是微粒控制滤网组件另一个实施方式的横剖视图；
图6是微粒控制滤网组件另一个实施方式的横剖视图；
图7示出了其端部具有金属结构的织网层的实施方式；
图8示出了其端部具有金属结构的织网层的另一个实施方式；
图9示出了大致形成圆柱形状的两层网滤网的实施方式。
具体实施方式
参考附图对本发明进行说明。通过下文中的详细描述，将更加方便地理解本发明各个部件之间的关系和功能。然而，下文中所述的本发明的实施方式仅仅作为示例，本发明并不局限于附图中所示的实施方式。
参考图1，示出了结合至砂或其它微粒过滤系统的微粒控制滤网组件10的实施方式。将微粒控制滤网组件10安装在置于诸如井筒等中的基管20上。为了从井筒中抽取石油和天然气，将基管20的一部分穿孔22。为防止砂和其它微粒通过这些孔22被抽到基管20中，使用微粒控制滤网组件10来覆盖基管20的多孔部分。
如图1和图2所示，微粒控制滤网组件10使用未烧结网层30、40和纵向焊缝50以形成井滤网，其可承受井作业并且在地层流体与基管20内部之间形成良好的阻挡层。因为微粒控制滤网组件不使用烧结的或扩散粘结的滤网，所以可使用不能被烧结或扩散粘结的网材。在图1所示的实施方式中，滤网组件由包括较薄金属板材料的保护包装壳24包围。
如图2所示，微粒控制滤网组件10包括带有孔的滤网60，该孔具有可防止颗粒材料穿过的尺寸。滤网60通常具有圆柱形状，以与基管匹配。滤网60包括第一端62和第二端64。滤网60包括多个未烧结的织网层。在一个实施方式中，滤网60包括两层织网层30、40，如图1所示。可以将该网层指定为内层30和外层40。在一个实施方式中，内层30作为结构支撑件，而外层40作为过滤器。滤网60可以包括三层或多于三层的织网层。每层织网层具有第一纵边和第二纵边。多个未烧结织网层的第一和第二纵边由纵向焊缝50固定在一起，图中只示出了外层40的第一纵边92和第二纵边94。
在此应用中为提供充分的砂和微粒的过滤，将滤网60设置以用于在井中使用的多孔管。织网过滤层具有的孔径尺寸能够可选地防止具有特定尺寸的微粒通过基管。在一个实施方式中，滤网的孔具有约50微米至约500微米的尺寸。在另一个实施方式中，滤网60的孔具有约50微米至约250微米的尺寸。在一个实施方式中，孔设置在过滤层中。
滤网60具有约0.02英寸至约0.3英寸的横截面厚度，优选地具有约0.05英寸至约0.15英寸的横截面厚度，最优选地具有约0.07英寸至约0.09英寸的横截面厚度。在井的应用中，滤网60通常具有约3英尺至约16英尺的轴向长度。在一个实施方式中，滤网60具有约45英寸至约60英寸的轴向长度。应该理解可根据井的实际需要对实际尺寸进行变化。
微粒控制滤网组件包括至少一个适于焊接的金属结构70，其被设置在滤网60的第一端62附近。适于焊接的金属结构70优选地为圆柱形，并设有“安全边”，其在滤网组件端部保护滤网组件并且可焊接至其它结构或根据需要焊接而无需考虑会燃烧网层的滤网线。环绕金属焊缝78将滤网60与圆柱形金属结构件70连接，其中环绕金属焊缝78 将金属结构的一部分与滤网60的一部分粘结。在一个实施方式中，微粒控制滤网组件包括第二个圆柱形的适于焊接的金属结构72，其与滤网60的第二端64相邻。
在一个实施方式中，圆柱形金属结构70具有约0.02英寸至约0.2英寸的径向厚度或横截面厚度，该厚度的优选范围为约0.04英寸至约0.1英寸，该厚度的最优选范围为约0.05英寸至约0.08英寸。
在一个实施方式中，圆柱形金属结构70具有约0.30至约5.0英寸的轴向长度。在一个实施方式中，圆柱形金属结构70具有约3.50英寸的轴向长度。在另一个实施方式中，圆柱形金属结构70具有约0.50英寸的轴向长度。如图3、5和6所示，微粒控制滤网组件的各端可具有更短的金属结构或更长的金属结构。图3所示的微粒控制滤网组件具有较长的圆柱形金属结构70、72，在一个实施方式中约为3.50英寸。图5所示的微粒控制滤网组件包括较短的圆柱形金属结构70、72，在一个实施方式中为约0.50英寸。图6所示的微粒控制滤网组件包括较长的圆柱形金属结构70和一个较短的圆柱形金属结构72。可以根据所需应用而使用其它长度的金属结构。
如图4所示，在一个实施方式中，在滤网边缘与圆柱形金属结构70或72之间的焊缝78处使用密封条80。在名称为“Welded ParticleControl Screen Assemblies”的美国专利6,514,408中公开了密封条80的使用，在此结合其公开内容作为参考。密封条80可以采用独立的薄的、硬金属条的形式。沿着被焊接至圆柱形金属结构70上的网层的边缘布置密封条80。密封条80优选地置于微粒控制滤网组件的外部，然而也可以布置在微粒控制滤网组件的内部。在一个实施方式中，密封条80为沿着滤网60第一端布置且由适于焊接的金属制成的无孔环形密封条。在一个实施方式中，密封条80覆盖滤网60的轴向长度，该轴向长度比由于焊接过程导致的滤网线熔化的最大长度更大，从而不会形成孔或比滤网的有效孔尺寸更大的缝隙。在一个实施方式中，环形密封条80具有约0.50英寸的轴向长度。已经发现具有约0.005英寸至约0.02英寸厚度的密封条80在此应用中就足够了。在一个实施方式中，密封条80包括镍箔。在一个实施方式中，将滤网60和金属结构之间的金属焊缝78与环形密封条80的一部分粘结。
现在对微粒控制滤网组件的形成方法进行说明，堆叠两层或更多层未烧结/非扩散粘结网32、42，根据要求的过滤质量来确定网眼尺寸。第一和第二网层32和42相对于彼此布置以形成两层未烧结滤网，如图7所示。从图7和图8的剖视图可知，网层42形成顶层，而网层32形成底层。在一个实施方式中，顶层42用作过滤层，而底层32用作支撑层。在一个实施方式中，将网层32、42连接在一起以在后续的制造步骤中将其保持在恰当位置上。在连接过程中，可以利用板将网层压平以防止形成波纹。
两层未烧结滤网具有第一端84，第二端86，第一纵边52，和第二纵边54。如图7和8所示，将金属条74、76连接至两层未烧结滤网的相反两端。金属条74、76可具有任何适当的宽度，也可具有不同宽度。在一个实施方式中，在将金属条74连接至两层未烧结滤网12的第一端84之前，将适于焊接的金属制成的无孔环形密封条80沿着两层未烧结滤网12的第一端84连接。将金属条74焊接至两层未烧结滤网上，其中金属焊线78将金属条74的一部分，网层32、42的一部分和环形密封条80(如果存在)的一部分粘结在一起。在将金属条76连接至两层未烧结滤网12的第二端86之前，将由适于焊接的金属制成无孔环形密封条80沿两层未烧结滤网的第二端86连接。
如图9所示，接着滤网12和金属条74、76形成大致圆柱形状90，其中网层32具有第一纵边96和第二纵边98，网层42具有第一纵边92和第二纵边94。固体金属条74、76在管的两端形成圆周。
由于成型过程，层32的第一纵边96和第二纵边98可延伸超出层42的边92和94。如果两层32、42的边缘不对齐，那么几乎不可能进行GTAW(气体保护钨极氩弧焊)对焊。可对纵边96、98和/或92、94进行切边处理以使每层的纵边大致相接。在一个实施方式中，对每个滤网层43、42的每条纵边的一部分进行切边。可以使用等离子切割机对纵边进行切边处理。将大致圆柱形90放置在等离子切割机中，并固定在心轴上。使用心轴来稳定地固定大致的圆柱形90，并为等离子切割机提供对纵边进行切边的引导。心轴包括沿其长度的铣槽。在一个实施方式中，该槽大约0.5英寸宽。等离子炬沿着心轴进给，对每层32、42的纵边进行切边处理。因为等离子炬沿着心轴中的铣槽切割， 所以可使切割操作中的熔渣和热量对大致圆柱形90的破坏减至最小。该切边步骤可以形成未烧结/非扩散粘结网层的焊缝。
然后将网层的第一和第二纵边92、94、96、98焊接在一起。如图2所示，沿着管的整个长度形成纵向焊缝50。在形成纵向焊缝之前，可将每端74、76点焊至纵边上。纵向焊缝50将网层的第一和第二纵边92、94、96、98连接。图2中示出了所得到的微粒控制滤网组件10。
可通过包括气体保护钨极氩弧焊(GTAW)，钨极惰性气体保护焊(TIG)，等离子体焊接在内的任何已知方法，来完成组件每个阶段中的焊接。每种焊接的材料是常规的并且选择使其与支撑管的金属(一个实施方式中为不锈钢)和网层的金属(一个实施方式中为不锈钢)兼容。微粒控制滤网组件可以由316L、Carpenter20Cb3、Inconel825，以及其它类型的不锈钢制成。圆柱形金属结构70的金属和滤网60的金属可具有十分相近的熔点以便在焊接过程中圆柱形金属结构70的边和滤网60的边熔合并整体连接到焊缝上，从而焊缝将滤网和圆柱形金属结构70形成为一个整体。类似地，密封条80也具有相近的熔点，从而密封条80的金属熔化并整体连接至焊缝上。
可使用任何数量的包装物结构，将微粒滤网组件10设置在基管20上，其中在微粒滤网组件10的每端上以形成圆周焊缝以形成完整的井滤网。可以沿着基管上指定长度部分，例如在四英尺或九英尺部分，的长度上装配滤网组件，从而将每一部分例如通过焊接方式固定在基管上。此外，在该部分上设置滤网组件可以为滤网组件提供更好的结构支撑。基管的常规长度为20、30或40英尺，当然也可选择更大或更小的尺寸。在一个实施方式中，将多个微粒控制滤网组件连接在一起形成微粒控制组件管。在一个实施方式中，微粒控制组件管每一端的圆柱形金属元件大约长3.5英寸。这样可以防止在微粒滤网组件管焊接到基管上时网层发生热感应的敏化(敏化的网会不牢固并破坏)。因此，在一个实施方式中，单个组件包括一个每侧带有3.5英寸安全边的管，例如图3所示的微粒控制组件。在另一个实施方式中，如图6所示，双微粒控制组件管包括两个微粒控制组件，一侧具有3.5英寸安全边，另一侧具有0.5英寸安全边，将这两个安全边连接至0.5英寸边。最后，三微粒控制组件管包括每一侧上具有0.5英寸安全边的中心组件 (如图5所示)，和两个在外端上具有3.5英寸且在内端上具有0.5英寸安全边的外部组件。
在此所说明和示出的实施方式只用于解释说明的目的，而不是用来进行限制。本发明的保护范围由权利要求限定，而不是由上述说明和附图来限定。本发明可以包含不脱离本发明本质的其它实施方式。
Claims (23)
1.一种用于井中多孔管的微粒控制滤网组件，包括：
滤网，其包括：
第一和第二端；
第一和第二未烧结织网层，每一层所述织网层具有第一和第二纵边并具有开口，所述开口的尺寸被设置为防止颗粒材料通过；和
纵向金属焊缝，其与所述未烧结织网层的第一和第二纵边中每一条相邻以将所述纵边固定在一起；
适于焊接的金属结构，其与所述滤网的第一端相邻；和
所述滤网与所述金属结构之间的环绕金属焊缝，其将所述金属结构的一部分与所述滤网的一部分连接。
2.如权利要求1所述的微粒控制滤网组件，其中所述滤网大致为圆柱形，所述第一和第二未烧结织网层包括内支撑层和外过滤层。
3.如权利要求1所述的微粒控制滤网组件，还包括由适于焊接金属制成的，沿着所述滤网第一端布置的无孔环形密封条。
4.如权利要求3所述的微粒控制滤网组件，其中位于所述滤网与金属结构之间的所述金属焊缝粘结至所述环形密封条的一部分。
5.如权利要求1所述的微粒控制滤网组件，其中所述适于焊接金属结构包括第一适于焊接金属结构，其中所述微粒控制滤网组件还包括与所述滤网第二端相邻的第二适于焊接金属结构。
6.如权利要求3所述的微粒控制滤网组件，其中所述金属结构和所述滤网彼此轴向对接，且其中所述环形密封条为圆柱形并包括用于覆盖所述滤网第一端的第一部分，和用于覆盖与所述滤网相邻的金属结构一边的第二部分。
7.如权利要求6所述的微粒控制滤网组件，其中所述环形密封条具有约0.50英寸的轴向长度。
8.如权利要求1所述的微粒控制滤网组件，其中所述滤网还包括第三未烧结织网层。
9.如权利要求2所述的微粒控制滤网组件，其中在所述外过滤层中设有开口，其中所述开口具有约50微米至约500微米的尺寸。
10.如权利要求2所述的微粒控制滤网组件，其中在所述外过滤层中设有开口，所述开口具有约50微米至约250微米的尺寸。
11.如权利要求1所述的微粒控制滤网组件，其中所述微粒控制滤网组件具有约3英尺至约10英尺的轴向长度。
12.如权利要求1所述的微粒控制滤网组件，其中所述微粒控制滤网组件具有约0.05英寸至约0.1英寸的横截面厚度。
13.如权利要求3所述的微粒控制滤网组件，其中所述环形密封条具有约0.005英寸至约0.02英寸厚度。
14.如权利要求1所述的微粒控制滤网组件，其中所述织网层包括不锈钢。
15.如权利要求1所述的微粒控制滤网组件，其中所述适于焊接的金属结构为圆柱形，且具有约3.50英寸的轴向长度。
16.如权利要求1所述的微粒控制滤网组件，其中所述适于焊接金属结构具有约0.50英寸的轴向长度。
17.一种用于井中多孔管的微粒控制滤网组件，包括：
圆柱形滤网，包括：
第一端和第二端；
内部未烧结织网支撑层，其具有第一和第二纵边；
外部未烧结织网过滤层，其具有第一和第二纵边；
开口，具有可以防止颗粒材料穿过的尺寸；和
纵向金属焊缝，与所述内部未烧结织网支撑层的纵边和外部未烧结织网过滤层的纵边相邻并将所述纵边固定在一起；
第一和第二圆柱形适于焊接金属结构，其分别与所述圆柱形滤网的第一和第二端相邻；
由适于焊接金属制成的第一和第二无孔环形密封条，其被沿着所述圆柱形滤网的第一和第二端布置；
第一环绕金属焊缝，位于圆柱形滤网的第一端与第一圆柱形适于焊接金属结构之间，其中所述金属焊缝将所述第一圆柱形适于焊接金属结构的一部分、所述圆柱形滤网的第一端的一部分和所述第一环形密封条的一部分粘结；和
第二环绕金属焊缝，位于圆柱形滤网的第二端与第二圆柱形适于焊接金属结构之间，其中所述金属焊缝将所述第二圆柱形适于焊接金属结构的一部分、所述圆柱形滤网的第二端的一部分和所述第二环形密封条的一部分粘结。
18.如权利要求17所述的微粒控制滤网组件，其中每个圆柱形的适于焊接金属结构具有约0.3至约4.0英寸的轴向长度。
19.如权利要求17所述的微粒控制滤网组件，其中每个环形密封条具有约0.50英寸的轴向长度。
20.如权利要求17所述的微粒控制滤网组件，其中所述开口具有约50微米至约250微米的尺寸。
21.一种用于井中多孔管的微粒控制滤网组件的制造方法，包括：
提供第一网层；
提供第二网层；
将所述第一和第二网层连接在一起，以便形成带有第一端、第二端、第一纵边和第二纵边的两层未烧结滤网；
将固体金属条连接至所述两层未烧结滤网的第一端；
将所述两层未烧结滤网形成大致圆柱形状，其中将所述固体金属条置于一端；
对所述两层未烧结滤网的第一和第二纵边进行切边处理，使得所述纵边大体相接；及
将第一和第二纵边焊接在一起。
22.如权利要求21所述的方法，还包括在将所述固体金属条连接至所述两层未烧结滤网的第一端之前，将适于焊接金属制成的无孔环形密封条沿所述两层未烧结滤网的第一端连接。
23.如权利要求22所述的方法，还包括将固体金属条焊接到所述两层未烧结滤网上以形成一金属焊缝，所述金属焊缝将所述固体金属条的一部分、所述两层未烧结滤网的一部分和所述环形密封条的一部分粘结。
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