专利名称：具有控制线捕获能力的砂控筛组件的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及与在地下井中执行的操作结合使用的装备，并且特别地涉及一种具有控制线捕获组件(control line capture assembly)的砂控筛(sand control screen)组件，所述控制线捕获组件可操作以便在安装和操作砂控筛组件的过程中接收、保持和保护控制线(control line)。
背景技术：
不限制本发明的范围，将参考作为实施例的从载烃地下地层中产出流体对本发明的背景进行说明。在地下井钻井和完井技术领域中公知的是，可以在从横过未固结或松散固结的地层的井中产出烃的过程中产出相对精细的微粒材料。作为产出这种微粒的结果，可能出现很多问题。例如，微粒引起对井内的诸如流动控制装置、安全设备、管道等部件的磨损。另外，微粒可部分地或完全地堵塞井，产生了昂贵井大修的需要。而且，如果微粒物质产出到表面，必须利用表面处理设备从烃流体中移除微粒物质。防止这种微粒材料产出的一种方法是对与未固结或松散固结的产出间隔层相邻的井进行砾石过滤。在典型的砾石过滤层完井中，砂控筛组件作为完井管柱的部分被降落到井眼中与期望产出间隔紧邻的位置。然后，包括液态载体和诸如通常尺寸和等级以及这里通常称为砾石的砂、砂砾或推进剂的相对粗糙的微粒材料的流体浆料通过泵向下运送到工作带并且进入井环状物中，所述井环状物形成在所述砂控筛组件和穿孔井箱(well casing)或开孔产出区域之间。液态载体或者流入地层中或通过流过冲洗管返回到表面、或者既流入地层中也通过流过冲洗管返回到表面。在任一情况下，砾石沉积到砂控筛组件的周围而形成砾石过滤层，所述砾石过滤层对于烃流体的流动具有高渗透性但是阻挡烃流体中承载的微粒材料的流动。因此，砾石过滤层可以成功地防止与从地层中产出这些微粒材料相关的问题。在地下井钻井和完井技术领域中还公知的是，期望安装使得能够管理下向钻孔设备和产出流体的智能井部件。例如，这些智能井部件可以包括一个或多个传感器件，诸如温度传感器、压力传感器、流率传感器、流体组合物测量装置等以及诸如流动控制装置、安全装置等控制机构。通过利用一个或多个控制线来控制这些智能井系统或者与这些智能井系统通信，所述一个或多个控制线可以包括液压线、电气线、光纤束等以及这些线的组合物。然而，已经发现，在井眼中安装和操作砂控筛组件的过程中安装在砂控筛组件中的控制线易于受到破坏。因此，已经出现了对于可操作以便在安装和操作砂控筛组件的过程中接收、保持和保护控制线的砂控筛组件的需要。
发明内容
这里公开的本发明包括砂控筛组件，所述砂控筛组件具有控制线捕获组件，所述控制线捕获组件可操作以便在安装和操作砂控筛组件的过程中接收、保持和保护控制线。在一个实现方案中，控制线捕获组件使用可操作以接收和保持控制线的弹簧沟槽以及可操作以便在安装和操作砂控筛组件的过程中保持控制线的凸缘组件。在一个方案中，本发明指向用于地下井眼中的具有控制线捕获能力的砂控筛组件。所述砂控筛组件包括基管和可操作以防止预定尺寸的微粒材料流过其中并且允许产出流体流过其中的围绕所述基管定位的筛护套。所述砂控筛组件还包括耦合到所述筛护套的控制线捕获组件。所述控制线捕获组件可操作以便在井眼中安装和操作砂控筛的过程中接收、保持和保护控制线。在所述砂控筛组件的一个实施方案中，所述筛护套包括外罩。在所述砂控筛组件的另一个实施方案中，所述控制线捕获组件可以包括轴向延伸的凸缘，所述凸缘通过焊接、 接合或其它适合的技术耦合到筛护套，其中所述凸缘可操作以接收和保持控制线。在这个实施方案中，凸缘可机械成形以保持控制线。在这个实施方案中，形成过程可以优选地在钻塔底板上进行并且可以为手动过程或自动过程。在所述砂控筛组件的另一个实施方案中，所述控制线捕获组件可以包括耦合到所述筛护套的轴向延伸的凸缘，其中所述凸缘可操作以便在井眼中安装和操作砂控筛的过程中保护控制线。在这个实施方案中，诸如弹簧沟槽的轴向延伸的沟槽可以耦合到凸缘，其中所述沟槽可操作以接收和保持控制线。而且，在这个实施方案中，所述凸缘可具有沟槽容器和相对布置的一对支腿，所述一对支腿具有多个轴向分布的开口以使所述凸缘与所述筛护套形成一对轴向延伸的流体通路。 在另一个方案中，本发明指向用于地下井眼中的具有控制线捕获能力的砂控筛组件。所述砂控筛组件包括基管和可操作以防止预定尺寸的微粒材料流过其中并且允许产出流体流过其中的围绕基管定位的筛护套。所述砂控筛组件还包括与所述筛护套可操作地关联的控制线捕获组件。所述控制线捕获组件包括耦合到所述筛护套的轴向延伸的凸缘。所述凸缘可操作以便在井眼中安装和操作所述砂控筛的过程中保护控制线。轴向延伸的弹簧沟槽(spring channel)耦合到所述凸缘。所述沟槽可操作以接收和保持控制线。在又一个方案中，本发明指向用于将控制线紧固到用于地下井眼中的砂控筛组件的方法。所述方法包括提供一种砂控筛组件，所述砂控筛组件具有筛护套围绕其定位的基管和控制线捕获组件，所述控制线捕获组件具有耦合到所述筛护套的轴向延伸的凸缘和耦合到所述凸缘的轴向延伸的弹簧沟槽；以及将所述控制线定位在所述弹簧沟槽中，以使所述控制线由所述弹簧沟槽保持并由所述凸缘保护。
为了更加全面地理解本发明的特征和优点，现在连同附图一起对本发明进行详细说明，其中在不同的图中对应的标记指代对应的部件，并且其中图1为根据本发明的实施方案包括具有控制线捕获能力的一对砂控筛组件的井眼环境的示意图；图2为根据本发明的实施方案具有控制线捕获能力的砂控筛组件的局部剖视图；图3为根据本发明的实施方案具有控制线捕获能力的砂控筛组件的剖视图；图4为根据本发明的实施方案具有控制线捕获能力的砂控筛组件的分解视图；图5A-5B为根据本发明的实施方案具有控制线捕获能力的砂控筛组件中使用的处于其运行构造的弹簧沟槽的剖视图；图6A-6B为根据本发明的实施方案具有控制线捕获能力的砂控筛组件中使用的处于其运行构造的弹簧沟槽的剖视图；图7A-7B为根据本发明的实施方案具有控制线捕获能力的砂控筛组件中使用的处于其运行构造的弹簧沟槽的剖视图；图8A-8B为根据本发明的实施方案具有控制线捕获能力的砂控筛组件的剖视图； 以及图9A-9B为根据本发明的实施方案具有控制线捕获能力的砂控筛组件的剖视图。
具体实施例方式尽管下面详细地讨论了本发明的各个实施方案的构成和使用，应当理解的是，本发明提供了可以在各种具体背景下实施的许多可应用的创造性构思。这里讨论的具体实施方案仅为构成和使用本发明的具体方式的示例并且不划定本发明的范围。首先参考图1，示意性地示出了包括使砂控筛组件定位在其中的一对产出间隔件的井眼环境，并且该砂控筛组件通常表示为10。井眼12贯穿包括地层14、16的各个土层。 外壳18通过水泥20支撑在井眼12内。完井管柱22包括位于产出间隔件沈内封隔器观、 30之间的诸如砂控筛组件对的各种工具。另外，完井管柱22包括位于产出间隔件34内封隔器36、38之间的砂控筛组件32。一个或多个控制线40从环状件42内的表面延伸穿过砂控筛组件M、32以提供指令、载有功率(carry power)、信号和数据，并且将诸如液压流体的运行流体传送到与砂控筛组件M、32以及位于下向钻孔中的其它工具或部件相关联的传感器、执行器等。在一个实施例中，一旦完井管柱22如图所示位于井眼12内，包含砂、砾石、推进剂等的处理流体可以通过泵向下运送到完井管柱22中，以使得可以处理地层14、16和产出间隔件沈、34。与完井管柱22可操作地关联的传感器可以在处理操作有效时用于经由控制线 40向操作员提供基本实时的数据，所述处理操作诸如在砾石放置过程中识别出空隙以允许操作员调节诸如泵速率、推进剂浓度、流体粘度等的处理参数从而克服砾石过滤层中的缺陷。另外，这些传感器可以用于在井的产出阶段中经由控制线40将诸如流体温度、压力、速率、构成组合物等向操作员提供有价值信息，以使操作员可以提高产出操作。尽管图1中描述了在有套管孔环境中的砂控筛组件对、32，本领域技术人员应当理解的是，本发明的砂控筛组件同等适用于开孔环境中。而且，尽管图1描述了在每个产出间隔件中具有三个筛护套的单砂控筛组件，本领域技术人员应当理解的是，可以在产出间隔件内布置各自具有任何数量的筛护套的任何数量的砂控筛组件，而不偏离本发明的原理。此外，尽管图1描述了垂直完井，本领域技术人员应当理解的是，本发明的砂控筛组件同等适用于具有其它方向性构造的井，这些井包括水平井、偏斜井、倾斜井、多边井等。因此，本领域技术人员应当理解的是，当在图中描述时，诸如上方、下方、上部、下部、向上、向下、左侧、右侧、上向钻孔、下向钻孔等方向术语的使用与示例性实施方案相关联，向上的方向朝向对应图的顶部，并且向下的方向朝向对应图的底部，上向钻孔方向朝向井的表面，并且下向钻孔的方向朝向井的底。现在参考图2，这里描绘了本发明的砂控筛组件的局部剖视图，所述砂控筛组件通常表示为100。砂控筛组件100包括基管102，所述基管102具有多个开口 104，所述多个开口 104允许产出流体流入产出管道中。开口 104的确切数量、尺寸和形状对于本发明不是关键的，只要为流体产出提供足够的区域并且保持基管102的完整性即可。围绕基管102 定位的是诸如形成筛106的多层丝线的流体渗透的、微粒限制过滤介质。筛106设计为允许流体流过其中但是防止预定尺寸的微粒材料流过其中。丝网的层可以包括排液管层，所述排液管层具有比过滤层的网尺寸大的网尺寸。例如，排液管层可以优选地位于丝网筛106 的最外层和最内层，使得一个或多个过滤层位于所述最外层和所述最内层之间。尽管已经描述且说明砂控筛组件100具有丝网过滤介质，本领域技术人员应当理解的是，本发明的砂控筛组件可以使用任何类型的过滤介质，这些过滤介质包括但不限于可以包括或不包括外罩的单层绕接过滤介质、多层绕线过滤介质、预装过滤介质等，而不偏离本发明的原理。围绕筛106定位的是具有允许产出流体流过其中的多个开口 110的外罩108。开口 110的确切数量、尺寸和形状对于本发明不是关键的，只要为流体产出提供足够的区域并且保持外罩108的完整性即可。通常，筛106和外罩108的各个部分一起制造为一个单元并且通常称为筛护套。几个筛护套通常放置到基管102的各个接合处上方并且通过焊接或其它适合的技术紧固至基管102的各个接合处。砂控筛组件100包括控制线捕获组件112。控制线捕获组件112包括通过焊接或其它适合的技术耦合到外罩108的轴向延伸的凸缘114。从图4中最佳地看到，凸缘114包括沟槽容器116和相对布置的一对支腿118、120。在图示的实施方案中，支腿118、120各自具有沿着支腿118、120轴向分布的多个开口 122。优选地，凸缘114为金属角的形式，所述金属角构造为在沟槽容器116的底部并且沿着支腿118、120的边缘接触外罩108，以使凸缘 114与外罩108形成一对轴向延伸的流体通路124、126，如图3中最佳地看出。在砂控筛组件100的各端处，控制线捕获组件112位于支撑环128内，所述支撑环1 包括分别与流体通路124、1 对准的一对流体路径130、132。在例如在执行这种处理操作的同时减少砂桥的可能性的砾石过滤操作过程中，流体路径130、132和流体通路124、1沈一起为流体下向钻孔的轴向流动提供附加流体连通路径。控制线捕获组件112包括描述为弹簧沟槽134的轴向延伸的沟槽。弹簧沟槽134 接受到凸缘114的沟槽容器116内并且通过焊接或其它适合的技术耦合到凸缘114的沟槽容器116。从图5A中最佳地看到，弹簧沟槽134为金属角的形式，所述金属角具有基座136、 一对相对布置的支腿138、140和一对相对布置的接受臂142、144，所述接受臂142、144可操作以相对于支腿138、140挠曲以使臂142、144在支腿138、140之间施加偏置力。从图5B 中最佳地看到，弹簧沟槽134可操作以便在将上述偏置力施加到控制线146上的臂142、144 之间将控制线146接收和保持在其中。控制线146可以包括一个或多个仪器线，诸如适合于传输电力、信号、数据等的铜线、同轴电缆、光纤、双绞线或其它线。另外，控制线146可以包括诸如液压线等一个或多个流体线。从图3中最佳地看到，凸缘114优选地径向向外延伸越过弹簧沟槽134，以使凸缘114可操作以便在安装和操作砂控筛组件100的过程中保护控制线146。优选地，由弹簧沟槽134的臂142、144形成的偏置力在控制线146上施加大的固位力，以使得在井眼中安装砂控筛组件100的过程中或其它操作过程中不会意外地脱离弹簧沟槽134。然而，在某些安装中，可以期望的是，能够容易地从本发明的弹簧沟槽中移除控制线。例如，从图6A中最佳地看到，弹簧沟槽150为金属角的形式，所述金属角具有基座 152、一对相对布置的支腿154、156和一对相对布置的接受臂158、160，所述接受臂158、160 可操作以相对于支腿154、156挠曲，使得臂158、160能够在支腿154、156之间偏置力。从图 6B中最佳地看到，弹簧沟槽150可操作以便在将上述偏置力施加到控制线162上的臂158、 160之间将控制线162接收和保持在其中，然而，由接收臂158、160施加到控制线162上的保持力按照期望小于由接收臂142、144施加到控制线146的保持力，上述使得能够更易于移除控制线162。在其它安装中，可以期望的是，将控制线永久地定位在本发明的弹簧沟槽中。例如，如图7A中最佳地示出，弹簧沟槽170为金属角的形式，所述金属角具有基座172、一对相对布置的支腿174、176和可操作以相对于支腿174、176挠曲的一对相对布置的接收臂178、 180。如图7B中最佳地示出，弹簧沟槽170可操作以接收和保持控制线182，然而，一旦控制线182完全插入到弹簧沟槽170中，接收臂178、180弹回到它们未偏置的构造，以使控制线 182锁定在接收臂178、180和基座172之间的位置上。在操作时，砂控筛组件100的各个接合处优选地在运送到井现场之前在商店中装配好。例如，砂控筛组件100的各个接合处优选地包括基管，如上所述使多个筛护套附接到所述基管，使得一个或多个轴向延伸的控制线捕获组件112定位在两个支撑环1 之间。优选地，在完井管柱安装的过程中在井现场处控制线146耦合到砂控筛组件100的各个接合处。具体地，在砂控筛组件100的各个相邻接合处耦合到下个接合处，优选地通过使用定时螺纹或其它对准技术对准相邻的控制线捕获组件112，控制线146压配合到控制线捕获组件112的弹簧沟槽134中。取决于井平台上可用的设施，将控制线146插入到弹簧沟槽134 中的过程可以为手动过程或者可以为自动过程。一旦完井管柱完全装配好，所述完井管柱在向下井眼中运行到期望位置，在安装过程中使得凸缘114保护控制线146。此后，处理操作可以继续进行，其中诸如砾石过滤浆料的处理流体通过泵运送到下向钻孔中。由于流体路径130、132和流体通路124、1 形成的流路，处理流体能够绕着可形成为与砂控筛组件100中的一个相邻的任何砂桥而行进。一旦开始产出，由于凸缘114 的支腿118、120中的开口 122，在产出流体进入流体通路124、1 并且穿过筛106的位置与流体通路124、1沈相邻的部分时，筛区域的损耗最小。现在参考图8A-8B，其中描述了本发明的砂控筛组件的另一个实施方案，所述砂控筛组件通常表示为200。砂控筛组件200包括基管202，所述基管202具有允许产出流体流入产出管道中的多个开口 204。围绕基管202定位的是描绘为筛206的流体渗透的、微粒限制过滤介质，所述筛206设计为允许流体流过其中但是防止预定尺寸的微粒材料流过其中。围绕筛206定位的是外罩208，所述外罩208具有允许产出流体流过其中的多个开口 210。砂控筛组件200包括控制线捕获组件212，所述控制线捕获组件212包括轴向延伸的凸缘214，所述凸缘214通过焊接或其它适合的技术耦合到外罩208。凸缘214包括一对径向延伸的支腿216、218。如图8B中最佳地看出，凸缘214可变形，以使支腿216、218的端部可操作以将控制线220保持在控制线捕获组件212内。优选地，在完井管柱组装到井眼上方时，控制线220 插入到控制线捕获组件212中。一旦控制线220处于适当位置上，取决于井平台上可用的设施，利用手动过程或者利用自动过程，使凸缘214在井平台上变形，以使支腿216、218的端部将控制线220紧固到凸缘214内控制线捕获组件212的整个长度上方。例如，在利用作为变形过程的能力源的完井管柱的重量将完井管柱下降到井眼中时，定位在钻塔底板上的成型板可以用于使支腿216、218变形。所述成型板可以包括铸模，所述铸模构造为在控制线220馈送到凸缘214中时将支腿216、218的端部卷到控制线220的上方，从而将控制线220紧固到其中。现在参考图9A-9B，其中描绘了本发明的砂控筛组件的另一个实施方案，所述砂控筛组件通常表示为300。砂控筛组件300包括基管302，所述基管302具有允许产出流体流入产出管道中的多个开口 304。围绕基管302定位的是描绘为筛306的流体渗透的、微粒限制过滤介质，所述筛306设计为允许流体流过其中但是防止预定尺寸的微粒材料流过其中。围绕筛306定位的是外罩308，所述外罩308具有允许产出流体流过其中的多个开口 310。砂控筛组件300包括控制线捕获组件312，所述控制线捕获组件312通过粘合剂316 耦合到外罩308的轴向延伸的凸缘314。凸缘314包括一对径向延伸的支腿318、320。如图9B中最佳地看到，凸缘314可变形使得支腿318、320的端部可操作以将控制线322保持在控制线捕获组件312内。优选地，在完井管柱组装到井眼上方时，控制线322 插入到控制线捕获组件312中。一旦控制线322处于适当位置上，取决于井平台上可用的设施，诸如上述利用手动过程或利用自动过程使凸缘314在井平台上变形，使得支腿318、 320的端部在控制线捕获组件312的整个长度上方将控制线322紧固到凸缘314内。尽管已经参考示例性实施方案说明了本发明，不意在限制意义上构思本说明书。 在参考说明书时，示例性实施方案的各个变型例和组合以及本发明的其它实施方案对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，目的在于所附权利要求包含任何这些变型例或实施方案。
权利要求
1.一种用于地下井眼的具有控制线捕获能力的砂控筛组件，所述砂控筛组件包括基管；围绕所述基管定位的筛护套，所述筛护套可操作以防止预定尺寸的微粒材料流过其中并且允许产出流体流过其中；以及控制线捕获组件，其耦合到所述筛护套，所述控制线捕获组件可操作以便在井眼中安装所述砂控筛的过程中接收、保持和保护所述控制线。
2.如权利要求1所述的砂控筛组件，其中，所述筛护套进一步包括外罩。
3.如权利要求1所述的砂控筛组件，其中，所述控制线捕获组件进一步包括耦合到所述筛护套的轴向延伸的凸缘，所述凸缘可操作以接收和保持所述控制线。
4.如权利要求3所述的砂控筛组件，其中，所述凸缘可机械成形以保持所述控制线。
5.如权利要求4所述的砂控筛组件，其中，所述凸缘可机械成形以便在所述井眼中安装所述砂控筛组件的过程中保持所述控制线。
6.如权利要求3所述的砂控筛组件，其中，所述凸缘焊接至所述筛护套。
7.如权利要求3所述的砂控筛组件，其中，所述凸缘接合至所述筛护套。
8.如权利要求1所述的砂控筛组件，其中，所述控制线捕获组件进一步包括耦合到所述筛护套的轴向延伸的凸缘，所述凸缘可操作以便在井眼中安装所述砂控筛的过程中保护所述控制线；以及耦合到所述凸缘的轴向延伸的沟槽，所述沟槽可操作以接收和保持所述控制线。
9.如权利要求8所述的砂控筛组件，其中，所述凸缘进一步包括沟槽容器，所述沟槽容器位于具有多个轴向分布开口的一对相对布置的支腿之间，所述凸缘与所述筛护套形成一对轴向延伸的流体通路。
10.如权利要求8所述的砂控筛组件，其中，所述沟槽进一步包括弹簧沟槽，所述弹簧沟槽可操作以接收和保持所述控制线。
11.一种用于地下井眼的具有控制线捕获能力的砂控筛组件，所述砂控筛组件包括基管；围绕所述基管定位的筛护套，所述筛套管可操作以防止预定尺寸的微粒材料流过其中并且允许产出流体流过其中；以及耦合到所述筛护套的控制线捕获组件，所述控制线捕获组件具有耦合到所述筛护套的轴向延伸的凸缘和耦合到所述凸缘的轴向延伸的弹簧沟槽，所述凸缘可操作以便在井眼中安装所述砂控筛的过程中保护所述控制线，并且所述沟槽可操作以接收和保持所述控制线。
12.如权利要求11所述的砂控筛组件，其中，所述筛护套进一步包括外罩。
13.如权利要求11所述的砂控筛组件，其中，所述凸缘进一步包括沟槽容器，所述沟槽容器位于具有多个轴向分布开口的一对相对布置的支腿之间，所述凸缘与所述筛护套形成一对轴向延伸的流体通路。
14.如权利要求11所述的砂控筛组件，其中，所述凸缘焊接至所述筛护套。
15.如权利要求11所述的砂控筛组件，其中，所述沟槽焊接至所述凸缘。
16.一种用于地下井眼的用于将控制线紧固到砂控筛组件的方法，所述方法包括提供一种砂控筛组件，所述砂控筛组件具有基管和控制线捕获组件，围绕所述基管定位筛护套，所述控制线捕获组件具有耦合到所述筛护套的轴向延伸的凸缘和耦合到所述凸缘的轴向延伸的弹簧沟槽；以及将所述控制线定位在所述弹簧沟槽中，使得所述控制线由弹簧沟槽保持且由所述凸缘保护。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述凸缘进一步包括沟槽容器，所述沟槽容器定位在一对相对布置的支腿之间。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述支腿中的每一个具有多个轴向分布开口。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述弹簧沟槽位于所述沟槽容器内。
20.如权利要求17所述的方法，其中，所述凸缘与所述筛护套形成一对轴向延伸的流体通路。
全文摘要
本发明提供了一种用于地下井眼的具有控制线捕获能力的砂控筛组件。所述砂控筛组件包括基管，使得筛护套围绕所述基管定位以用于防止预定尺寸的微粒材料流过其中并且允许产出流体流过其中。所述砂控筛组件还包括控制线捕获组件。所述控制线捕获组件包括轴向延伸的凸缘，所述凸缘耦合到所述筛护套并且可操作以便在井眼中安装和操作砂控筛的过程中保护控制线。所述控制线捕获组件还包括耦合到所述凸缘的轴向延伸的弹簧沟槽。所述沟槽可操作以便在井眼中安装和操作砂控筛的过程中接收和保持控制线。
文档编号E21B43/08GK102278097SQ20111015503
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月31日 优先权日2010年6月8日
发明者卢克·W·霍尔德曼, 尼古拉斯·郭, 让-马克·洛佩斯 申请人:哈利伯顿能源服务公司