控制筛组件的制作方法

专利名称：控制筛组件的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于地下流体生产的控制筛，更具体地(不过并非一定是排他性 地)涉及一种具有刚性构件的控制筛组件，该刚性构件包括为滤除介质与基管的内部流道 之间提供流体连通的开口。
背景技术：
经由贯穿地层的井眼可产出烃(hydrocarbon)。在一些情况下，地层可能未被固 结，或者被松散地固结。这类地层中的诸如砂等颗粒材料会跟烃一起产出。颗粒材料的产 出将带来许多问题。这些问题的实例包括地层表面产出的颗粒材料会对生产组件内的部件 造成研磨性磨损、部分地或完全地堵塞生产层段(production interval)、及因坍塌到部分 或全部的生产部件上而对生产组件造成损坏。对邻近生产层段的井进行砾石充填能够帮助稳定该生产层段周围的地层，并有助 于在颗粒材料进入产出管之前滤除颗粒材料。砾石充填可包括将防砂筛下降到工作管柱 上的井眼内，到达最接近选定生产层段的位置。将包含液态载体和诸如砾石等材料的流体 浆沿工作管柱泵送到在防砂筛与穿孔的井套管或裸眼生产区之间形成的井环状区(well annulus)内。砾石堆积在井环状区中以形成砾石充填。砾石充填对烃流体而言是高度地可 渗透的，却能够挡住烃流体中携带的颗粒材料。砾石充填和防砂筛还能够稳定生产层段周 围的地层以防止地层坍塌。当沿工作管柱泵送流体浆时，由于会形成砂桥以及会面临其他难题，所以可能很 难在选定的生产层段完成砾石充填。在问题可能较少的砾石充填之处可以用可扩张的防砂 筛；可扩张的防砂筛可被置于井眼中，并可提供与砾石充填相似的过滤和地层稳定性。一种可扩张的防砂筛是防砂筛组件；该防砂筛组件包括诸如高溶胀性橡胶等可溶 胀材料，以及位于可溶胀材料的外部的过滤装置。可溶胀材料可被置于接近生产层段处，而 且当被流体激活时会扩张以使过滤装置移动至井眼。这种组件包括开口，烃流体通过开口 而被过滤装置引向基管。伸缩柱塞可被置于开口中，并可随着可溶胀材料扩张而支撑过滤 装置。这种可扩张的防砂筛在过滤和提供地层稳定性方面颇为有效。然而，在一些应用中，可溶胀材料会溶胀到开口中或以别的方式溶胀而部分或完 全地阻挡基管的内部与外部之间的流体连通。阻挡流体连通会导致可溶胀材料部分或完全 地堵塞基管的开口。为了缓解堵塞，需要对防砂筛进行再处理。再处理将花费相当的时间和 金钱，因为其需要使烃的生产暂停相当长的一段时间，并需要重新将防砂筛置于在井眼中。因此，期望能够对地层提供径向支撑并减少或消除堵塞现象的筛组件。期望消除 或减少再处理现象的筛组件。

发明内容
本发明的某些实施例涉及筛组件，所述筛组件能够滤除来自含烃地层的烃流体中 的颗粒材料，并减少或消除堵塞现象。减少或消除堵塞现象能够减少或消除对再处理的需求。筛组件可包括可溶胀材料，而无需在可溶胀材料中形成开口。特定的筛组件能够为贯 穿地层的井眼提供稳定性。在一个方案中，提出了一种能够被布置在洞眼中的筛组件。筛组件包括基管、刚性 构件、可溶胀材料和过滤介质。基管包括带开口的侧壁部。刚性构件被布置在基管的第一 部分的外部。刚性构件包括与基管的开口呈流体连通的开口。可溶胀材料被布置在基管的 第二部分的外部。过滤介质至少部分地被布置在可溶胀材料的外部并与刚性构件的开口呈 流体连通。响应于与激活流体接触，可溶胀材料会扩张并使过滤介质的至少一部分移向洞 眼的表面。在至少一个实施例中，筛组件包括柱塞，柱塞被布置在刚性构件的开口中并被联 结到基管。柱塞包括被联结到过滤介质的伸缩部。当可溶胀材料扩张时，伸缩部能够从刚 性构件的开口径向伸出。过滤介质能够过滤流体，并通过柱塞将流体引向基管的内流道。在至少一个实施例中，筛组件包括位于过滤介质与刚性构件之间的材料。该材料 包括不溶胀介质或低溶胀性介质中的至少一种。所述材料能够在过滤介质与刚性构件之间 提供临时密封。在一些实施例中，上述材料包括橡胶。在至少一个实施例中，可溶胀材料所响应的激活流体包括烃流体、水或气体中的 至少一种。在至少一个实施例中，过滤介质具有肾形、椭圆形、圆形或矩形中至少一种形状的 横截面。在至少一个实施例中，刚性构件是由金属、合成聚合物或不溶胀橡胶混合物中的 至少一种制成的环。在另一个方案中，提出一种能够被布置在洞眼中的筛组件。该筛组件包括基管、刚 性构件、可溶胀材料和多个过滤介质。基管包括具有多个开口的侧壁部。刚性构件被布置 在基管的第一部分的外部并包括多个开口。刚性构件的多个开口中的每个开口都与侧壁部 的多个开口中的一个开口呈流体连通。可溶胀材料被布置在基管的第二部分的外部。多个 过滤介质至少部分地被布置在可溶胀材料的外部。多个过滤介质中的每个介质都与刚性构 件的多个开口中的至少一个开口呈流体连通。响应于与激活流体接触，可溶胀材料会扩张 并使多个过滤介质的每个过滤介质的至少一部分移向洞眼的表面。在另一个方案中，提出一种能够被布置在洞眼中的筛组件。该筛组件包括基管、第 一刚性构件、第二刚性构件、可溶胀材料和多个过滤介质。基管包括具有多个第一开口和多 个第二开口的侧壁部。多个第一开口位于基管的第一部分。多个第二开口位于基管的第二 部分。第一刚性构件被布置在基管的第一部分的外部。第二刚性构件被布置在基管的第二 部分的外部。可溶胀材料被布置在基管的第三部分的外部。多个过滤介质至少部分地被布 置在可溶胀材料的外部。多个过滤介质中的每个过滤介质都与多个第一开口或多个第二开 口中的至少一个开口呈流体连通。响应于与激活流体接触，可溶胀材料会扩张并使多个过 滤介质的每个过滤介质的至少一部分移向洞眼的表面。在至少一个实施例中，基管的第三部分被置于第一部分与第二部分之间。在至少一个实施例中，多个过滤介质中的每个过滤介质都通过第一刚性构件或第 二刚性构件的多个开口中的至少一个开口而与多个第一开口或多个第二开口中的至少一 个开口呈流体连通。
在至少一个实施例中，第一刚性构件和第二刚性构件中的每一个都包括第一承受 部和第二承受部。在行进构型中，第一承受部能够支撑多个过滤介质的第一过滤介质。在 行进构型中，第二承受部能够支撑多个过滤介质的第二过滤介质。在一些实施例中，在行进 构型中，第一承受部和第二承受部限定出对多个过滤介质的第一过滤介质和第二过滤介质 进行支撑的凹槽。在一些实施例中，第二刚性构件相对于第一刚性构件被旋转45°，并且第 一刚性构件的第一承受部与第二刚性构件的第二承受部对齐。提出这些示例性的方案和实施例不是为了限制或限定本发明，而是为了提供示例 以帮助理解本申请中所披露的发明构思。在阅读了整个申请文件后，本发明的其他方案、优 点和特征将变得显而易见。


图1A是具有根据本发明的一个实施例的呈行进构型的筛组件的井系统的示意 图。图1B是具有根据本发明的一个实施例的呈作业构型的筛组件的井系统的示意 图。图2是根据本发明的一个实施例呈行进构型的图1A中的筛组件的侧视图。图3是呈行进构型的图2中的筛组件的一个区段的侧视图。图4A是根据本发明的一个实施例呈行进构型的图1A的筛组件沿线4A-4A剖开的 剖视图。图4B是根据本发明的一个实施例呈作业构型的图1B的筛组件沿线4B-4B剖开的 剖视图。图5A是根据本发明的一个实施例呈行进构型的图1A的筛组件沿线5A-5A剖开的 剖视图。图5B是根据本发明的一个实施例呈作业构型的图1B的筛组件沿线5B-5B剖开的 剖视图。图6A是根据本发明的一个实施例的呈行进构型的筛组件的剖视图。图6B是根据本发明的一个实施例的呈作业构型的筛组件的剖视图。图7A是根据本发明的一个实施例的呈行进构型的筛组件的第二实施例的剖视 图。图7B是根据本发明的一个实施例的呈作业构型的筛组件的第二实施例的剖视 图。图8是能够被包括在根据本发明的一个实施例的筛组件中的刚性构件的侧视图。图9是根据本发明的一个实施例的图8的刚性构件沿线9-9剖开的剖视图。
具体实施例方式本发明的某些方案和实施例涉及筛组件，所述筛组件能够被布置在地层的洞眼例 如井眼中，用于从地层产出烃流体。筛组件可被配置为支撑过滤介质，并减少或消除由可溶 胀材料造成的堵塞。根据一些实施例的筛组件包括由刚性构件支撑的过滤介质，所述刚性 构件被置于基管的一部分的外部。刚性构件可包括开口，过滤介质可通过所述开口与基管的内径呈流体连通。可溶胀材料可被布置在基管的第二部分的外部并邻近刚性构件。过滤 介质能够被可溶胀材料移动至接触洞眼的壁，并且刚性构件能够帮助减少或防止筛组件的 开口出现堵塞。在一些实施例中，筛组件为防砂筛组件，所述防砂筛组件能够减少或防止贯 穿含烃地层的井或者作为注入井运转的井产出颗粒材料。图1A示出带有根据本发明某些实施例的筛组件的井系统10。井系统10包括洞 眼，即延伸通过各种岩层的井眼12。井眼12具有大致竖直的区段14和大致水平的区段18。 大致竖直的区段14包括水泥灌注的套管柱16，套管柱16位于大致竖直的区段14的上部。 大致水平的区段18为裸眼并延伸穿过含烃地层20。油管柱22从地表伸入井眼12内。油管柱22能够为地层流体提供管道以使地层 流体从大致水平的区段18流向地表。筛组件24、26借助油管柱22被置于大致水平的区段 18中。筛组件24、26被示为呈行进构型或称未伸展构型。在一些实施例中，筛组件24、26 是防砂筛组件，其能够从烃流体中滤除颗粒材料，将烃流体引向油管柱22的内径并稳定地 层20。图1B示出带有呈作业构型或称径向扩张构型的筛组件24、26的井系统10。每个 筛组件24、26均可包括基管、刚性构件、可溶胀材料和滤除介质。刚性构件可以是由金属、 合成聚合物或不溶胀橡胶混合物等制成的环，且可被布置在基管的一部分的外部。可制造 刚性构件的金属的实例包括钢、铁、黄铜、铜、青铜、钨、钛、钴、镍及上述这些材料或其它类 型材料的组合。可溶胀材料可以是相对高溶胀性的橡胶或聚合物，并可被布置在基管的另 一部分的外部。过滤介质可被联结到可溶胀材料的外部，并且至少在行进构型中由刚性构 件的一部分支撑。当激活流体接触筛组件24、26时，每个筛组件的可溶胀材料都能够扩张。可溶胀 材料的扩张能够使筛组件24、26的过滤介质移动至接触井眼12的表面。激活流体可以是 使可溶胀材料对其响应而扩张的任何流体。激活流体的实例包括烃流体、水和气体。筛组件24可以是包括彼此横向和纵向相邻的过滤介质的筛组件。筛组件26可以 是包括彼此仅仅横向相邻的过滤介质的筛组件。图1A和图1B示出带有筛组件24、26的油管柱22。然而，除筛组件24、26之外，根 据本发明的各种实施例的油管柱可包括任意数量的其他工具和系统。其他工具和系统的实 例包括流体流动控制装置、通信系统和安全系统。油管柱22也可用诸如封隔器等层位分隔 装置分成多个层段。层位分隔装置可由与流体(如烃流体、水和气体)接触能够扩张的材 料制成。另外，图1A和图1B示出根据本发明某些实施例的位于井眼12的大致水平区段18 中的筛组件。然而根据本发明的各种筛组件的实施例可用于倾斜的、竖直的或多分支的井 眼。倾斜的井眼可包括不同于大致水平方向或大致竖直方向的方向，或者对大致水平方向 或大致竖直方向而言附加的方向。多分支的井眼包括主井眼以及一个或多个分支井眼。这 里用方向性的描述方式来说明示例性的实施例，但如同示例性的实施例一样，其不应该被 用来限制本发明。如上所述，本发明的某些实施例可被布置在注入井中。在注入井中，水或其他流体 被灌注到井中，以增强烃流体向附近的生产井的流动。根据本发明的某些实施例的筛组件 可便布置在注入井中，以在流体注入期间和之后提供支撑。在一些实施例中，被注入的流体通过基管上的开口、刚性构件上的开口和由刚性构件支撑的过滤介质上的开口流出基管。 过滤介质可以是不包含过滤材料、但包括有能够支撑地层的结构的支撑构件。根据本发明的一些实施例的筛组件可被布置在下套管完井中。在下套管完井中， 大径管被置于生产管柱与地层之间。大径管可以是侧壁部上带有开口的基管。筛组件可 被置于大径管的外部。筛组件可包括带有开口的刚性构件，所述开口与侧壁部的开口呈流 体连通。过滤介质可由刚性构件支撑并可通过刚性构件的开口而与侧壁部的开口呈流体连通。图2和图3示出了呈行进构型的筛组件24的更详细的视图。图中所示的筛组件 24包括被置于基管52的周向的三个刚性构件50、51、53。刚性构件50、51、53可被联结到 基管。在其他实施例中，基管被设置为包括一个或多个刚性构件。根据本发明的各种实施 例的筛组件可包括任意数量的刚性构件。例如，图1A和图1B中的筛组件26包括两个刚性 构件。在其他实施例中，筛组件包括一个刚性构件。刚性构件50、51、53可由能够在与例如 烃流体、气体和水等流体接触时保持通常形状的任何材料构成。能够构成刚性构件50、51、 53的材料的实例包括钢之类金属。在一些实施例中，刚性构件50、51、53是由金属构成的 环。刚性构件50、51、53可包括开口，所述开口与基管52的侧壁的开口呈流体连通。在一 些实施例中，每个刚性构件50、51、53都包括四个开口，而且四个开口中的每个开口都与基 管的侧壁的开口呈流体连通。可溶胀材料(未示出)可被布置在基管52的第二部分的周向并位于刚性构件50、 51、53之间。过滤介质58被置于可溶胀材料的外部，并且至少在行进构型中可由刚性构件 50、51、53支撑。每个过滤介质58都可由刚性构件50、51、53之一支撑。例如，过滤介质58A 由刚性构件50支撑，过滤介质58B、58C由刚性构件51支撑。在一些实施例中，每个过滤介 质58都通过由刚性构件50、51、53之一至少临时性地保持而得到支撑。例如，在行进构型 中，每个过滤介质58都可由一个或多个刚性构件50、51、53中的凹槽保持，并被允许在行进 构型中从凹槽卸下。在其他实施例中，每个过滤介质58都在作业构型下由一个或多个刚性 构件50、51、53中的凹槽保持，或另外由被布置在刚性构件50、51、53之一中的诸如伸缩柱 塞等部件支撑。过滤介质58可以是从刚性构件沿纵向延伸并具有大致矩形的表面形状的过滤 管。在一些实施例中，过滤介质58具有类似于例如直升机桨叶的表面形状。每个过滤介质 58可包括射孔孔眼(perforation) 59，射孔孔眼59允许烃流体进入过滤介质58以进行过 滤并通过一个或多个刚性构件50、51、53中的开口而引向基管52的内流道。在图2和图3 所示的行进构型中，过滤介质58彼此邻近。可溶胀材料可被配置为在作业构型期间扩张并 使过滤介质58径向移动。在一些实施例中，过滤介质58在作业构型期间被可溶胀材料隔 开。根据本发明的一些实施例的过滤介质可以是控制管线或者可包括控制管线，所述 控制管线可以是与能够接触地层的传感器连通的光缆。控制管线能够探测地层的相关情 况，并将关于上述情况的信息传输到地表以进行分析。过滤介质还可包括光纤；所述光纤被 布置在过滤介质的壳体中，以在行进构型中提供情况信息，或者提供信息从而保护过滤介 质。图4A和图4B分别示出了图1A (行进构型)和图1B (作业构型)中的筛组件24的一部分的剖视图。图4A和图4B示出了限定内流道54的基管52，例如烃流体可通过所述 内流道54流动。可溶胀材料56包围基管52。可溶胀材料56可通过诸如粘结或其他合适 的技术被附接到基管52。图4A中示出了刚性构件50的一部分，但是其距图4A所示的横截 面较远。过滤介质被示为过滤介质58A-58H并被置于在可溶胀材料56的外部。图4A示出 的是八个过滤介质58A-58H，但是根据本发明的各种实施例的筛组件可包括从一个到许多 个的、任意数量的过滤介质58A-58H。在一些实施例中，过滤介质58A-58H被粘结到可溶胀 材料56的外部。例如，相对低溶胀性的或不溶胀的材料可被置于可溶胀材料56的外部与 过滤介质58A-58H之间。过滤介质58A-58H可被粘结到低溶胀性的或不溶胀的材料，而低 溶胀性的或不溶胀的材料可被粘结到可溶胀材料56。低溶胀性的或不溶胀的材料可帮助防 止可溶胀材料56在扩张时损坏过滤介质58A-58H。可溶胀材料56在与激活流体接触时会扩张，并使过滤介质58A-58H移动至接触井 眼68的内径处的地层66。在一些实施例中，过滤介质58A-58H是过滤管，所述过滤管能够 从烃流体中滤除颗粒材料并将烃流体引向基管52的开口。所示过滤介质58A-58H各自包 括用于过滤材料62的壳体60。过滤材料62可包括过滤开口 64，烃流体可通过过滤开口 64 被引向基管52的开口。壳体60可由任何合适的材料制成，而且可被局部穿孔以允许烃流 体进入壳体60。过滤材料62可以是能够从烃流体中滤除颗粒材料的任何合适的材料，例如 细筛网。过滤介质58A-58H具有肾形横截面。肾形横截面可帮助将过滤介质58A-58H附 连到可溶胀材料56，并且与横截面形状不同的过滤介质相比，肾形横截面可使得过滤介质 58A-58H在可溶胀材料56扩张时有更大的表面积接触井眼68。然而，根据本发明其他实施 例的过滤介质可具有任何类型的横截面形状。这些横截面形状的实例包括椭圆形、圆形、矩 形，以及两种或更多种横截面形状的组合。过滤介质58A-58H可具有基于筛组件24所在的 生产层段的具体要求而选择的横截面长度。如图4B所示，可溶胀材料56在接触激活流体时会扩张。激活流体可包括烃流体、 水或气体。可采用各种技术使可溶胀材料56与激活流体接触。一种技术包括将可溶胀材 料56配置成，当安装筛组件24时，可溶胀材料56 —旦与已经存在于井眼内的激活流体接 触就扩张；或者在安装筛组件24以后，可溶胀材料56与地层66产生的激活流体接触而扩 张。可溶胀材料56可包括用于延迟溶胀的机构，以防止安装期间发生溶胀。用于延迟溶胀 的机构的实例包括吸收延迟层、涂层、隔膜或混合物。另一种技术包括将筛组件24安装在 井中以后，使激活流体流过井而循环。在其他实施例中，除了激活流体以外或者作为激活流 体的替代方案，可溶胀材料56能够在被置于温度或压力超过预先选定的阈值的环境时扩 张。可溶胀材料56的扩张能够使过滤介质58A-58H移动至接触井眼68处的地层66。 可溶胀材料56的厚度能够基于筛组件24的直径和井眼68的直径而被优化，以使过滤介质 58A-58H在扩张时与井眼68的接触面积最大。在一些实施例中，可溶胀材料56的一部分在 过滤介质58A-58H之间扩张，并接触位于过滤介质58A-58H之间的、井眼68处的地层66，以 顺应井眼的非均勻的直径。溶胀的筛组件24能够减弱或切断烃和其他流体的环状流，为被 过滤的烃流体提供多条流道，并为井眼68提供稳定性。例如，溶胀的筛组件24能够支撑地层66以防止地层坍塌。在一些实施例中，溶胀的筛组件24能够提供500psi到2000psi范 围内的坍塌支撑能力。对根据本发明的某些实施例的过滤介质进行支撑的刚性构件可包括被布置在刚 性构件的开口中的柱塞。柱塞可以是在行进构型和作业构型中能够对过滤介质进行支撑的 伸缩柱塞。图5A和图5B分别示出了图1A(行进构型)和图1B(作业构型)中的筛组件24 的刚性构件50之一的剖视图。基管52包括位于基管52的侧壁部的开口 70。刚性构件50 包括开口 72，开口 72与基管52的开口 70呈流体连通。柱塞74被布置在开口 72中并可被 联结到过滤介质。图5A和图5B示出了能够对被标为58A、58C、58E和58G的四个过滤介质 进行支撑的刚性构件50。然而，根据本发明的各种实施例的刚性构件能够支撑任意数量的 过滤介质。过滤介质58A、58C、58E、58G可被联结到低溶胀性的或不溶胀的材料76。低溶胀性 的或不溶胀的材料76可通过在过滤介质58A、58C、58E、58G与刚性构件50之间提供临时密 封来帮助刚性构件50支撑过滤介质58A、58C、58E、58G。在一些实施例中，低溶胀性的或不 溶胀的材料76是低溶胀性的或不溶胀的橡胶。如图5B所示，柱塞74可各自包括伸缩部78，当可溶胀材料56扩张以使过滤介质 58A、58C、58E、58G移动至接触地层66处的井眼68时，伸缩部78即从开口 72径向伸出。在 一些实施例中，刚性构件50中的、沿柱塞74周向的槽80能够容纳0型圈和/或保险卡环。 0型圈可提供密封，以防止流体在柱塞74与刚性构件50之间流动。保险卡环可防止例如当 可溶胀材料56扩张时柱塞74脱离开口 72。图5A和图5B示出了被联结到四个柱塞74的四个过滤介质58A、58C、58E、58G。图 2和图3中的刚性构件51可包括横截面配置相同的、示于图4A和4B中的另四个过滤介质 58B、58D、58F、58H。刚性构件51能够被定位成与图5A和图5B所示的横截面相距一选定的 纵向距离。刚性构件51可相对于刚性构件50被旋转45°，以允许过滤介质58A-58H被定 位成彼此相邻。图6A和图6B分别示出了在行进构型和作业构型中，被布置在井眼68中的筛组件 24的一个实施例的侧向剖视图。该筛组件包括限定内流道54的基管52，烃流体能够通过内 流道54流动。刚性构件50被布置在基管52的第一部分的外部。刚性构件50可以是由金 属、合成聚合物、不溶胀橡胶等制成的环。可制成刚性构件的金属的实例包括钢、铁、黄铜、 铜、青铜、钨、钛、钴、镍，以及这些金属或其他种类金属的组合。在一些实施例中，界面层被布置在基管52与至少部分刚性构件50之间。界面层 可将刚性构件50附连到基管52。界面层也可在刚性构件50与基管52之间提供密封，以防 止来自地层66的流体的环状流。基管52包括开口 70，开口 70位于基管52的侧壁部中。开口 70通过刚性构件50 中的开口 72与过滤介质58A、58E呈流体连通。在行进构型中，过滤介质58A、58E由刚性构 件50支撑。在每个开口 72中布置有柱塞74。柱塞74允许过滤介质58A、58E与基管开口 70之间呈流体连通。可溶胀材料56被布置在基管52的第二部分的外部，并沿纵向邻近刚性构件50。 可溶胀材料56被置于基管52与各个过滤介质58A、58E的一部分之间。可溶胀材料56在 行进构型期间能够保持初始尺寸，且在作业构型中能够与激活流体接触而扩张。当可溶胀材料56在作业构型中扩张时，可溶胀材料56能够使过滤介质58A、58E移动至接触井眼68。过滤介质58A、58E各自包括用于过滤材料62的壳体60。壳体60包括射孔孔眼 59，地层66产生的烃流体可通过射孔孔眼59流向过滤材料62。过滤材料62能够从烃流体 中滤除颗粒材料，并将通过过滤开口 64的已过滤的烃流体经由基管开口 70和刚性构件开 口 72引向流道54。柱塞74能够在行进构型和作业构型中支撑过滤介质58A、58E。例如，柱塞74可被 联结到过滤介质58A、58E，而且柱塞74可包括伸缩部78 ；当溶胀材料56扩张并使过滤介质 58A、58E移动时，伸缩部78可从刚性构件开口 72径向伸出。刚性构件50能够将开口与可 溶胀材料56隔离，以减少或消除堵塞；和/或能够允许筛组件被构造成，可溶胀材料56中 无需包括开口。根据本发明的某些实施例的筛组件可被构造成使用多个刚性构件来支撑沿基管 的外部纵向延伸的多个过滤构件。图7A和图7B分别示出了在行进构型和作业构型中带有 多个刚性构件的筛组件200的一部分的剖视图。筛组件200包括基管202，基管202的侧壁部中具有开口 204。基管202可限定用 于地层205产出的烃流体的内流道203。第一刚性构件206被布置在基管202的第一圆周 部的外部。第二刚性构件208被布置在基管202的第二圆周部的外部。可溶胀材料210被 布置在基管202的位于第一圆周部与第二圆周部之间的第三圆周部的外部。第二可溶胀材 料212也可被布置在基管202的第四圆周部的外部并沿纵向邻近第二刚性构件208。过滤介质214被布置在可溶胀材料210的外部，以及部分的第一刚性构件206与 第二刚性构件208的外部。过滤介质214可通过第一刚性构件206、第二刚性构件208的每 一个中的两个基管开口 204、开口 216，而与内流道203呈流体连通。过滤介质214包括带 有选定的射孔孔眼220的壳体218，射孔孔眼220允许烃流体流向被布置在壳体218内的过 滤介质222。过滤介质222能够从烃流体中滤除颗粒材料并将已过滤的烃流体引向第一刚 性构件206和第二刚性构件208中的一个或两个开口 216中。第二过滤介质221被布置在第二可溶胀材料212的外部和第二刚性构件208的一 部分的外部。第二过滤介质220可被构造成与过滤介质214相似，并被配置为将已过滤的烃 流体引向第二刚性构件208中的第二开口 223或引向另一刚性构件(未示出)中的开口。每个开口 216都具有被置于其内的柱塞224。每个柱塞224都可被联结到过滤介 质214，并且每个柱塞224都可包括伸缩部226。第二开口 223包括第二柱塞228，第二柱塞 228被构造成与柱塞224相似。与激活流体接触时，可溶胀材料210和第二可溶胀材料212能够径向扩张，以使过 滤介质214和第二过滤介质220移动至接触地层205。激活流体的实例包括烃流体、水和气 体。在作业构型期间，柱塞224的伸缩部226能够从开口 216径向伸出以向过滤介质214 提供支撑，并提供管道，烃流体可通过该管道从过滤介质222经由开口 216流向内流道203。 在作业构型期间，第二柱塞228对第二过滤介质220进行相似操作。图7A和图7B示出了被置于接近过滤介质的端部处的刚性构件。在其他实施例中， 刚性构件被置于接近过滤介质的其他部分处。例如，在行进构型期间，刚性构件可在接近过 滤介质的中间处支撑过滤介质，并包括有开口，烃流体可从过滤介质通过该开口流向基管 的内流道。
根据本发明的各种实施例的刚性构件可用各种设计来构造。图8是图6A-图6B 中的刚性构件50的一个实施例的侧视图。刚性构件50是可被置于基管的一部分的外部的 环。刚性构件50包括倾斜部302、居中部304和过滤介质支撑部306。倾斜部302具有倾 斜形状，以在洞眼中安装刚性构件50期间防止刚性构件50的其余部分受到损坏。居中部 304可连接倾斜部302和过滤介质支撑部306，并为刚性构件50提供稳定性以在其被安装 于井眼中时减少或防止过滤介质或筛组件的其他部件受到损坏。过滤介质支撑部306可向筛组件的过滤介质提供支撑。过滤介质支撑部306包 括承受部308A-308C。每个承受部308A-C都包括各自的开口 310A-310C，并且每个承受部 308A-308C都能够支撑各自的过滤介质。例如，各个承受部308A-308C可以是凹槽，其在行 进构型中能够承受过滤介质，并在作业构型期间允许从凹槽卸下过滤介质。在行进构型和 作业构型期间，开口 310A-310C能够提供对基管的内流道的流体连通，并能够容纳用于支 撑过滤介质的柱塞。承受部308A-308C可交错排列以支撑过滤介质的重叠部分，并限定出凹槽。例如， 图8示出了一个承受部308B，其具有与其他承受部308A、308C不同的长度。图9是沿线9_9 剖开的刚性构件300的剖视图。图9所示的开口 310A-310D被过滤介质支撑部306中的凹 槽限定。过滤介质可被置于310A上方并联结到被置于开口 310A中的柱塞。相似地，每个 开口 310B-310D都可与各自的过滤介质相连。刚性构件50可由金属、合成聚合物、不溶胀橡胶等制成。可制成刚性构件50的金 属实例包括钢、铁、黄铜、铜、青铜、钨、钛、钴、镍，以及这些材料或其他种类材料的组合。根据本发明的一些实施例的筛组件可包括多个刚性构件。例如，刚性构件50可被 置于基管的第一部分的外部，第二刚性构件可被置于基管的第二部分的外部。过滤介质可 被置于这两个刚性构件之间。在一些实施例中，刚性构件50可支撑四个过滤介质，且第二 刚性构件可支撑另外四个过滤介质。图2示出了相似配置的实例。第二刚性构件可相对于 刚性构件50被旋转例如45°，以使刚性构件50的承受部与第二刚性构件的具有较大横截 面半径的非承受部对齐。在这种构造中，与刚性构件50相关的过滤介质跟与第二刚性构件 相关的过滤介质可用交替的配置方式被定位成彼此相邻。示例性的可溶胀材料的成分根据某些实施例的可溶胀材料可由与激活流体接触时会溶胀的一种或多种材料 形成。例如，可溶胀材料可以是一种聚合物，该聚合物在与激发材料扩张的激活流体接触时 能够溶胀到其初始尺寸若干倍的尺寸。在一些实施例中，可溶胀材料在与激活流体接触时 会溶胀，该激活流体是烃流体或气体。烃流体被可溶胀材料吸收，并且这种吸收会造成可溶 胀材料的体积增加因而径向扩张。可溶胀材料可使过滤介质扩张，并且可溶胀材料的外表 面的一部分会接触裸眼完井中的地层表面或者下套管井眼中的套管壁。可溶胀材料的一些实施例可由弹性聚合物制造。弹性聚合物的实例包括三 元乙丙(EPDM)橡胶(ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber)、丁 苯橡胶 (styrene butadiene)、天然檢月交(natural rubber)、二兀乙丙檢月交(ethylene propylene monomer rubber)、乙炼醋酸乙炼酉旨檢胶(ethylene vinylacetate rubber)、氧化丁月青 W·月交(hydrogenized acrylonitrile butadiene rubber)> 丁月青檢月交(acylonitrile butadiene rubber)、异戊二烯橡胶、氯丁橡胶(chloroprenerubber)和聚降冰片烯(polynorbornene)。可溶胀材料还包括其他材料，所述其他材料溶解在形成可溶胀材料的 另一些材料中，或者所述其他材料与形成可溶胀材料的另一些材料机械式混合。所述其他 材料的实例包括纤维素的纤维、聚氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)、丙烯 腈、乙酸乙酯(ethylacetate)或其他聚合物。在一些实施例中，可溶胀材料被配置为在接触激活流体，即接触水时会扩张。例 如，可溶胀材料可以是水溶胀聚合物，例如水溶胀弹性体或水溶胀橡胶。更具体而言，可溶 胀材料可以是水溶胀的疏水聚合物或者水溶胀的疏水共聚物，例如水溶胀的疏水多孔共聚 物。可用于形成可溶胀材料的其他聚合物包括亲水单体和疏水改良型亲水单体。合适的 疏水单体的实例包括丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(2-aCrylamid0-2methyl propane sulfonicacid)、N，N-二 甲基丙烯酰胺(N，N-dimethylacrylamide)、乙烯吡咯烧 酮(vinyl pyrrolidone)、甲基丙烯酸二 甲氨基乙酉旨(dimethylaminoethylmethacrylate )、丙烯酸、三甲基铵乙酯(trimethylammoniumethyl)、甲基丙烯酸氯化盐(methacrylate chloride)、二甲氨基丙基甲基丙烯酉先胺(dimethylaminopropylmethacrylamide)、甲基丙 烯酰胺(methacrylamide)禾口丙烯酸羟乙酉旨(hydroxyethyl acylate)。根据某些实施例，可采用各种疏水改良型亲水单体。疏水改良型亲水单体的实 例包括烷基丙烯酸酯(alkyl acrylates)、烷基甲基丙烯酸酯(alkylmethacrylates), 烷基丙烯酰胺(alkyl acrylamides)、烷基甲基丙烯酰胺(alkylmethacrylamides) (其中烷基具有约4至22个碳原子)、烷基二甲基铵甲基丙烯酸氯化盐(alkyl dimethylammoniumethyl methacrylate chloride)禾口烧基二甲基铵甲基丙烯酸碘化盐 (alkyl dimethylammoniumethyl methacrylate iodide) (4 M 22 y^Wi 原子)、烧基二 甲基丙基酉先胺溴化盐(alkyldimethylammonium-propylmethacryIamide bromide)、烧基二 甲基丙基酉先胺氯化盐(alkyl dimethylammonium propylmethacryIamide chloride)禾口烧基二 甲基丙基酉先胺碘化盐(alkyl dimethy lammonium-propy lmethacry Iami de iodide)(其中烷基具有约4至22个碳原子)。可通过使任一个或多个亲水单体与任一个或多个疏水改良型亲水单体聚合，来 制备适用于根据某些实施例的可溶胀材料的聚合物。聚合反应能够以各种方式形成，在 美国专利No. 6，476，169中描述了其中一个实例，该专利文献以引用方式并入本文。这些 聚合物的分子量估计可在大约100,000到大约10，000，000的范围内，其中优选范围为 250，000到大约3，000, 000。这些聚合物的亲水单体与疏水改良型亲水单体的摩尔比处于 约 99. 98 0.02 到 90 10 的范围。在一些实施例中，可溶胀材料可由盐聚合物制成，例如聚丙烯酰胺 (polyacrylamide)，或者易于通过渗透作用从盐水中吸水的改良型交联聚丙烯酸酯 (crosslinked poly (meth)acrylate)。例如，当水从低盐浓度(地层水)的区域流向高盐 浓度(盐聚合物)的区域时穿过半渗透隔膜(盐聚合物与产出流体之间的界面)，盐聚合物 允许水分子穿过，但是阻止溶解的盐穿过。本发明的包括示出实施例的各种实施例的前述描述仅用于示例性和描述性的目 的，并非旨在将本发明穷尽或限制为所披露的详细形式。在不背离本发明的范围的情况下， 本发明的各种修改、变通和应用对本领域技术人员是显而易见的。
权利要求
1.一种能够被布置在洞眼中的筛组件，所述筛组件包括 基管，其包括具有开口的侧壁部；刚性构件，其被布置在所述基管的第一部分的外部，所述刚性构件包括与所述基管的 开口呈流体连通的开口；可溶胀材料，其被布置在所述基管的第二部分的外部；以及过滤介质，其至少部分地被布置在所述可溶胀材料的外部，所述过滤介质与所述刚性 构件的开口呈流体连通，其中，响应于与激活流体接触，所述可溶胀材料能够扩张并使所述过滤介质的至少一 部分移向所述洞眼的表面。
2.如权利要求1所述的筛组件，还包括柱塞，其被布置在所述刚性构件的开口中并被联结到所述基管， 其中，所述柱塞包括被联结到所述过滤介质的伸缩部，当所述可溶胀材料扩张时，径向 伸缩的所述伸缩部能够从所述刚性构件的开口伸出；其中，所述过滤介质能够对流体进行过滤，并通过所述柱塞将所述流体引向所述基管 的内流道。
3.如权利要求1所述的筛组件，还包括位于所述过滤介质与所述刚性构件之间的材 料，所述材料包括不溶胀介质或低溶胀介质中的至少一种，而且所述材料能够在所述过滤 介质与所述刚性构件之间提供临时密封。
4.如权利要求3所述的筛组件，其中所述材料包括橡胶。
5.如权利要求1所述的筛组件，其中所述激活流体为烃流体、水或气体中的至少一种。
6.如权利要求1所述的筛组件，其中所述过滤介质具有下列至少一种形状的横截面 肾形；椭圆形； 圆形；或者 矩形。
7.如权利要求1所述的筛组件，其中所述刚性构件是由下列至少一种材料制成的环 ^riM 合成聚合物；或者 不溶胀的橡胶混合物。
8.一种能够被布置在洞眼中的筛组件，所述筛组件包括 基管，其包括具有多个开口的侧壁部；刚性构件，其被布置在所述基管的第一部分的外部，而且所述刚性构件包括多个开口， 所述刚性构件的多个开口中的每个开口都与所述侧壁部的多个开口中的一个开口呈流体 连通；可溶胀材料，其被布置在所述基管的第二部分的外部；以及多个过滤介质，其至少部分地被布置在所述可溶胀材料的外部，所述多个过滤介质中 的每个过滤介质都与所述刚性构件的多个开口中的至少一个开口呈流体连通；其中，响应于与激活流体接触，所述可溶胀材料能够扩张并使所述多个过滤介质中的 每个过滤介质的至少一部分移向所述洞眼的表面。
9.如权利要求8所述的筛组件，还包括多个柱塞，其包括伸缩部，所述多个柱塞被联结到所述基管；其中，所述刚性构件的多个开口的每个开口都具有置于其中的所述多个柱塞中的一个柱塞，当所述可溶胀材料扩张时，所述伸缩部能够从所述刚性构件伸出。
10.如权利要求8所述的筛组件，其中所述激活流体是烃流体、水或气体中的至少一种。
11.如权利要求8所述的筛组件，其中所述多个过滤介质中的每个过滤介质都具有下 列至少一种形状的横截面肾形； 椭圆形； 圆形；或者 矩形。
12.如权利要求8所述的筛组件，其中所述刚性构件是由下列至少一种材料制成的环 ^riM 合成聚合物；或者 不溶胀橡胶混合物。
13.一种能够被布置在洞眼中的筛组件，所述筛组件包括基管，其包括具有多个第一开口和多个第二开口的侧壁部，所述多个第一开口位于所 述基管的第一部分，所述多个第二开口位于所述基管的第二部分； 第一刚性构件，其被布置在所述基管的第一部分的外部； 第二刚性构件，其被布置在所述基管的第二部分的外部； 可溶胀材料，其被布置在所述基管的第三部分的外部；以及多个过滤介质，其至少部分地被布置在所述可溶胀材料的外部，所述多个过滤介质中 的每个过滤介质都与所述多个第一开口或所述多个第二开口中的至少一个开口呈流体连 通，其中，响应于与激活流体接触，所述可溶胀材料能够扩张并使所述多个过滤介质中的 每个过滤介质的至少一部分移向所述基管的表面。
14.如权利要求13所述的筛组件，其中所述基管的第三部分被置于所述基管的第一部 分与所述基管的第二部分之间。
15.如权利要求13所述的筛组件，其中所述多个过滤介质中的每个过滤介质都通过所 述第一刚性构件的多个开口或者所述第二刚性构件的多个开口中的至少一个开口与所述 多个第一开口或者所述多个第二开口中的至少一个开口呈流体连通。
16.如权利要求13所述的筛组件，其中所述第一刚性构件和所述第二刚性构件中的每 个都包括第一承受部，在行进构型中，所述第一承受部用于支撑所述多个过滤介质的第一过滤 介质；以及第二承受部，在所述行进构型中，所述第二承受部用于支撑所述多个过滤介质的第二 过滤介质。
17.如权利要求16所述的筛组件，其中所述第一承受部和所述第二承受部限定出凹槽，所述凹槽在所述行进构型中用于支撑所述多个过滤介质的第一过滤介质和第二过滤介质。
18.如权利要求17所述的筛组件，其中所述第二刚性构件相对于所述第一刚性构件被 旋转45° ；其中所述第一刚性构件的第一承受部与所述第二刚性构件的第二承受部对齐。
19.如权利要求13所述的筛组件，其中所述激活流体是烃流体、水或气体中的至少一种。
20.如权利要求13所述的筛组件，其中所述多个过滤介质中的每个过滤介质都具有下 列至少一种形状的横截面肾形； 椭圆形； 圆形；或者 矩形。
21.如权利要求13所述的筛组件，其中所述第一刚性构件和所述第二刚性构件中的每 个都是由下列至少一种材料制成的环金属合成聚合；或者 不溶胀橡胶混合物。
全文摘要
描述了能够被布置在用于烃流体生产的洞眼中的筛组件。筛组件能够支撑过滤介质并减少或消除由可溶胀材料引起的堵塞。一种筛组件包括过滤介质，该过滤介质由被置于基管的一部分的外部的刚性构件支撑。刚性构件可包括开口，过滤介质可通过开口与基管的内径呈流体连通。可溶胀材料可被布置在邻近刚性构件的基管的第二部分的外部。过滤介质能够被移动至接触井眼，并且刚性构件能够帮助减少或防止筛组件开口的堵塞。
文档编号E21B43/08GK101994498SQ20101025333
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年8月12日
发明者卢克·W·霍尔德曼, 安德鲁·彭诺, 让-马克·洛佩斯 申请人:哈利伯顿能源服务公司