Сетчатый фильтр (варианты) и способ его изготовления
Изобретение относится к фильтрам, используемым при подземном заканчивании скважин, а именно к фильтрам, в которых применяют сетчатую структуру, и способу их изготовления. Техническим результатом является предупреждение образования песка при фильтровании, снижение стоимости и трудоемкости производства сетчатого фильтра. Сетчатый фильтр по первому варианту, предназначенный для использования в подземной скважине, содержит базовую трубу, имеющую отверстия в боковой стенке, и трубу, надетую на базовую трубу со скольжением и сформированную из сетчатой структуры, имеющей слои сетчатого материала из переплетенных волокон, уложенные друг на друга и взаимно сцепленные с использованием игл, имеющих зубцы, при этом сетчатая структура закрывает указанные отверстия. Способ изготовления этого фильтра включает получение слоев сетчатого материала из переплетенных волокон, укладку указанных слоев друг на друга, осуществление взаимного сцепления указанных слоев для получения сетчатой структуры с использованием игл, имеющих зубцы для осуществления взаимного сцепления слоев, формование из сетчатой структуры трубы и установку сетчатой структуры на базовую трубу, имеющую сквозные отверстия, надеванием трубы из сетчатой структуры со скольжением на указанную базовую трубу. Сетчатый фильтр по второму варианту содержит базовую трубу, имеющую отверстия в боковой стенке, и трубу, надетую на базовую трубу со скольжением и сформированную из сетчатой структуры, имеющей слои сетчатого материала из переплетенных волокон, уложенные друг на друга и взаимно сцепленные с использованием игл, имеющих зубцы, при этом сетчатый фильтр, по меньшей мере, частично охватывает указанную единицу оборудования, а сетчатая структура, по меньшей мере, частично охватывает указанную единицу оборудования и ограничивает просачивание в нее частиц. Изобретение развито в зависимых пунктах. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение в общем относится к фильтрам, используемым при подземном заканчивании скважин, а в частности к фильтрам, в которых применяют сетчатую структуру, и способу их изготовления.
Сетчатые фильтры обычно используют при заканчивании скважин, когда продуктивный пласт является слабо уплотненным или рыхлым. Абразивные частицы, которые обычно называют "песком" или "мелочью", при их наличии могут создавать проблемы. Например, окружающий скважину пласт может эродировать и вымываться, что создает потенциальную опасность обрушения скважины. Песок может повреждать оборудование, такое как насосы или уплотняющие прокладки, в том случае, когда песок движется с высокой скоростью через насос или проникает за уплотнения. Полученный песок следует удалять в отходы, а это приводит к дополнительным расходам при эксплуатации скважины. Мелочь может забивать каналы, что нарушает добычу.
Часто для усиления фильтрации вводят слой частиц заданного размера, которые обычно называют "гравием", между пластом (или обсадной колонной) и сетчатым фильтром. В этих случаях размер ячеек фильтра выбирают таким образом, чтобы предотвратить проникновение гравия. В свою очередь, гравий предотвращает проникновение мелких частиц (мелочи).
Используют различные типы фильтров для предотвращения образования песка. Например, перфорированная базовая труба может иметь обмотанную вокруг нее проволоку таким образом, что промежуток между витками проволоки ограничивает размер частиц песка, которые могут проходить. Также может быть использован сетчатый материал. Однако известные фильтры имеют высокую стоимость и трудоемкость производства. Поэтому продолжает существовать необходимость в усовершенствовании конструкций и способов производства сетчатых фильтров.
Известен сетчатый фильтр, предназначенный для использования в подземной скважине и содержащий базовую трубу, имеющую отверстия в боковой стенке, и сетчатую структуру, имеющую сцепленные слои сетчатого материала и установленную на базовой трубе таким образом, что сетчатая структура закрывает указанные отверстия (см., например, Гаврилко В.М. и др. Фильтры буровых скважин. - М.: Недра, 1985).
В указанном документе раскрыт также способ изготовления указанного сетчатого фильтра, включающий укладку слоев сетчатого материала друг на друга, осуществление сцепления указанных слоев для получения сетчатой структуры, установку сетчатой структуры на базовую трубу и прикрепление сетчатой структуры к ней только на одном участке базовой трубы.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание конструкции и способа изготовления сетчатого фильтра, используемого при подземном заканчивании скважин для предупреждения образования песка, обеспечивающих снижение стоимости и трудоемкости производства сетчатого фильтра.
Этот технический результат достигается тем, что сетчатый фильтр, предназначенный для использования в подземной скважине, содержит базовую трубу, имеющую отверстия в боковой стенке, и трубу, надетую на базовую трубу со скольжением и сформированную из сетчатой структуры, имеющей слои сетчатого материала из переплетенных волокон, уложенные друг на друга и взаимно сцепленные с использованием игл, имеющих зубцы, при этом сетчатая структура закрывает указанные отверстия.
Волокна могут быть расположены в виде ортогональных слоев.
Волокна могут быть металлическими.
Труба может быть бесшовной.
Сетчатая структура может иметь пористость.
Сетчатый материал может иметь пористость, определяемую толщиной волокон.
Сетчатый материал может содержать волокна переменного диаметра и имеет переменную пористость в поперечном направлении сетчатой структуры.
Сетчатый материал может иметь пористость, определяемую диаметром и числом отверстий в сетчатой структуре.
Сетчатая структура может иметь переменную толщину.
Сетчатая структура может иметь стандартную сетку, введенную в качестве одного из слоев.
Сетчатая структура может покрывать только часть базовой трубы.
Указанный результат достигается и тем, что способ изготовления сетчатого фильтра, предназначенного для использования в подземной скважине, согласно изобретению включает следующие операции:
получение слоев сетчатого материала из переплетенных волокон;
укладка указанных слоев друг на друга;
осуществление взаимного сцепления указанных слоев для получения сетчатой структуры с использованием игл, имеющих зубцы для осуществления взаимного сцепления слоев;
формование из сетчатой структуры трубы;
установка сетчатой структуры на базовую трубу, имеющую сквозные отверстия, надеванием трубы из сетчатой структуры со скольжением на указанную базовую трубу.
Способ может дополнительно включать введение стандартной сетки в качестве одного из слоев.
Способ может дополнительно включать использование игл для создания отверстий через сцепленные слои.
Способ может дополнительно включать прикрепление сетчатой структуры к базовой трубе и ее закрепление только на одном участке базовой трубы.
Указанный результат достигается и тем, что сетчатый фильтр, предназначенный для использования в подземной скважине, содержит базовую трубу, имеющую отверстия в боковой стенке, и трубу, надетую на базовую трубу со скольжением и сформированную из сетчатой структуры, имеющей слои сетчатого материала из переплетенных волокон, уложенные друг на друга и взаимно сцепленные с использованием игл, имеющих зубцы, при этом сетчатый фильтр, по меньшей мере, частично охватывает указанную единицу оборудования, а сетчатая структура, по меньшей мере, частично охватывает указанную единицу оборудования и ограничивает просачивание в нее частиц.
Вышеуказанные и другие преимущества и особенности настоящего изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1 схематично изображает сетчатый фильтр в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 изображает сетчатый фильтр, показанный на фиг.1, в разобранном виде;
фиг.3 схематично изображает альтернативный вариант выполнения сетчатого фильтра в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.4 схематично изображает другой альтернативный вариант устройства с сетчатым фильтром в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.1 схематично показан сетчатый фильтр 10, сконструированный в соответствии с настоящим изобретением. Сетчатый фильтр 10 содержит сетчатую структуру 12 и перфорированную базовую трубу 14 (фиг.2). Сетчатая структура 12 содержит волокна 16, преимущественно изготовленные из металла. В соответствии с одним из вариантов выполнения волокна 16 перекрещиваются при переплетении в ортогональных направлениях, в результате чего получают один слой, после чего множество слоев укладывают друг на друга. В случае использования множества слоев эти слои преимущественно сцеплены друг с другом.
В способе изготовления такой сцепленной слоистой сетчатой структуры 12 используют иглы для прокалывания уложенных друг на друга слоев волокна 16. Имеющие зубцы иглы проходят взад и вперед через слои, производя сцепление (переплетение) волокон 16 из различных слоев. При необходимости из полученного полотна сетчатого материала 12 может быть изготовлена бесшовная труба, как это показано на фиг.1.
За счет использования игл для переплетения волокон 16, чтобы получить сетчатую структуру 12, в сетчатой структуре 12 создаются различные поры. Пористость обычно составляет от тридцати до девяносто двух процентов, хотя возможны и другие величины пористости. Для изменения пористости также могут быть использованы волокна 16 различного диаметра. Обычно используют волокна диаметром от двух до двухсот микрон, хотя настоящее изобретение не ограничивается использованием только этих диаметров волокон. В соответствии с этим вариантом, как и ранее, волокна 16 различных слоев преимущественно сцеплены друг с другом. Волокна 16 большего диаметра позволяют получать большую пористость. В одной и той же сетчатой структуре 12 могут быть использованы волокна 16 различного диаметра, что позволяет получить сетчатую структуру 12, имеющую переменную пористость.
Толщина сетчатой структуры 12 обычно лежит (но без ограничения) в диапазоне от 0.125 дюйма до 0.25 дюйма. Для изготовления сетчатой структуры 12, более стойкой к разрушению, один или несколько кусков стандартной сетки 18 могут быть помещены между некоторыми слоями сетчатого материала 12, как это показано на фиг.1.
В варианте, показанном на фиг.3, сетчатая структура 12 охватывает только часть базовой трубы 14. Концы сетчатой структуры 12 могут быть закреплены непосредственно на базовой трубе 14 или закреплены иным образом, так чтобы закрывать отверстия 20 (фиг.1) в базовой трубе 14. Частичное перекрытие позволяет устанавливать другие конструкции, такие как транспортирующие трубы 22 или линии 24 управления, проходящие продольно вдоль базовой трубы 14. Транспортирующие трубы 22 используют для создания альтернативных путей для текучих сред, используемых при таких технологических операциях, как заполнение скважинного фильтра гравием, разрыв пласта или кислотная обработка. В качестве примера линий 24 управления можно привести электрические, гидравлические, волоконно-оптические линии, а также их комбинации.
Следует иметь в виду, что связь, которую обеспечивают при помощи линий 24 управления, осуществляется скорее со скважинными блоками управления (контроллерами), а не с расположенными на поверхности земли устройствами, причем система телеметрии может содержать как радиотехнические, так и другие устройства, такие как индуктивные элементы связи и акустические устройства. Кроме того, линии 24 управления сами по себе могут содержать подходящее устройство заканчивания, такое, как в примере волоконно-оптической линии связи, когда такое устройство обеспечивает, например, измерение температуры, измерение давления и т.п. В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения волоконно-оптическая линия связи снабжена распределенной системой для измерения температуры, позволяющей производить измерение температуры вдоль волоконно-оптической линии.
В варианте, показанном на фиг.3, также предусмотрены устройства 26 заканчивания, такие как контрольно-измерительные приборы, датчики, вентили (клапаны), пробоотборники, которые выполнены с использованием современных (разумных) технических решений, датчики температуры, датчики давления, средства регулирования потока, измерители скорости потока (расходомеры), средства измерения соотношения нефти, воды и газа, детекторы солеотложения, исполнительные механизмы, замки (затворы), расцепляющие механизмы, датчики параметров оборудования (например, датчики вибрации), датчики наличия песка, датчики наличия воды, регистраторы данных, вискозиметры, плотномеры, датчики температуры начала кипения, рН-метры, измерители многофазного потока, акустические детекторы песка, детекторы наличия твердых веществ, датчики состава смеси, матрицы и датчики для измерения удельного сопротивления, акустические матрицы и датчики, другие телеметрические устройства, радиометры ближней инфракрасной части спектра, гамма-детекторы, детекторы сульфида водорода (H2S), детекторы диоксида углерода (CO2), скважинные блоки памяти (запоминающие устройства), скважинные контроллеры, перфораторы, заряды формообразования, головки зажигания, искатели, а также другие скважинные устройства. Кроме того, линия 24 управления может иметь подходящее устройство заканчивания, которое в варианте волоконно-оптической линии связи обеспечивает, например, измерение температуры, измерение давления и т.п. В соответствии с одним из примеров волоконно-оптическая линия связи снабжена распределенной системой для измерения температуры, позволяющей производить измерение температуры вдоль длины волоконно-оптической линии.
Базовая труба 14, которая имеет связанные с ней различные устройства, может также иметь сетчатую структуру 12, установленную таким образом, что эта сетчатая структура 12 охватывает как собственно базовую трубу 14, так и связанные с ней устройства.
Сетчатая структура 12 может быть использована также для обертывания и защиты отдельных видов оборудования, таких как электрический погружной насос 27 (фиг.4), причем сетчатая структура 12 может закрывать насос 27 полностью или частично.
Способ изготовления сетчатого фильтра 10 в соответствии с настоящим изобретением состоит в том, что надевают со скольжением (надвигают) заранее изготовленную трубу из сетчатой структуры 12, изготовленной в соответствии с описанным здесь выше, на базовую трубу 14, как это показано стрелкой на фиг.2. Базовой трубой 14 является обычная труба, имеющая отверстия 20, такие как перфорации или пазы, что само по себе известно. Базовая труба 14 может иметь врезной участок 28 (фиг.3) для установки транспортирующих труб 22 или линий 24 управления.
Несмотря на то, что подробно были описаны всего несколько вариантов осуществления изобретения, совершенно ясно, что в них специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки приведенной далее формулы изобретения.
1. Сетчатый фильтр, предназначенный для использования в подземной скважине и содержащий базовую трубу, имеющую отверстия в боковой стенке, и трубу, надетую на базовую трубу со скольжением и сформированную из сетчатой структуры, имеющей слои сетчатого материала из переплетенных волокон, уложенные друг на друга и взаимно сцепленные с использованием игл, имеющих зубцы, при этом сетчатая структура закрывает указанные отверстия.
2. Сетчатый фильтр по п.1, отличающийся тем, что волокна расположены в виде ортогональных слоев.
3. Сетчатый фильтр по п.1, отличающийся тем, что волокна являются металлическими.
4. Сетчатый фильтр по п.1, отличающийся тем, что указанная труба является бесшовной.
5. Сетчатый фильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатая структура имеет пористость.
6. Сетчатый фильтр по п.5, отличающийся тем, что сетчатый материал имеет пористость, определяемую толщиной волокон.
7. Сетчатый фильтр по п.5, отличающийся тем, что сетчатый материал содержит волокна переменного диаметра и имеет переменную пористость в поперечном направлении сетчатой структуры.
8. Сетчатый фильтр по п.5, отличающийся тем, что сетчатый материал имеет пористость, определяемую диаметром и числом отверстий в сетчатой структуре.
9. Сетчатый фильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатая структура имеет переменную толщину.
10. Сетчатый фильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатая структура имеет стандартную сетку, введенную в качестве одного из слоев.
11. Сетчатый фильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатая структура покрывает только часть базовой трубы.
12. Способ изготовления сетчатого фильтра, предназначенного для использования в подземной скважине, включающий получение слоев сетчатого материала из переплетенных волокон, укладку указанных слоев друг на друга, осуществление взаимного сцепления указанных слоев для получения сетчатой структуры с использованием игл, имеющих зубцы для осуществления взаимного сцепления слоев, формование из сетчатой структуры трубы и установку сетчатой структуры на базовую трубу, имеющую сквозные отверстия, надеванием трубы из сетчатой структуры со скольжением на указанную базовую трубу.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно включает введение стандартной сетки в качестве одного из слоев.
14. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно включает использование игл для создания отверстий через сцепленные слои.
15. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно включает прикрепление сетчатой структуры к базовой трубе и ее закрепление только на одном участке базовой трубы.
16. Сетчатый фильтр, предназначенный для использования в подземной скважине и содержащий базовую трубу, имеющую отверстия в боковой стенке, и трубу, надетую на базовую трубу со скольжением и сформированную из сетчатой структуры, имеющей слои сетчатого материала из переплетенных волокон, уложенные друг на друга и взаимно сцепленные с использованием игл, имеющих зубцы, при этом сетчатый фильтр, по меньшей мере, частично охватывает указанную единицу оборудования, а сетчатая структура, по меньшей мере, частично охватывает указанную единицу оборудования и ограничивает просачивание в нее частиц.
Приоритет установлен по дате подачи заявки 60/399254 29.07.2002 (пп.1-14) и дате подачи заявки 10/626916 25.07.2003 (пп.15, 16) в Патентное ведомство США.
