自適應篩管的製作方法

2023-06-15 02:17:46

專利名稱：自適應篩管的製作方法
技術領域：
本發明的技術領域是井下篩管，更具體地是在棵眼井裡可以膨脹 以封隔不規則形狀井眼的井下篩管。
背景技術：
在過去，井下篩管外部的礫石充填主宰了防砂方法。其思想是， 用砂填充篩管外的環空以防止從地層中產出不想要的固體。最近，隨 著管子膨脹技術的出現，想到了如果篩管就地膨脹而消除了以前是被 砂充填的周圍環空的話，就不需要礫石充填了。因為井筒形狀不規則， 把篩管膨脹技術作為礫石充填的替代就出現了問題。固定的脹管器把 篩管膨脹固定的數量。問題是，井筒內的沖蝕仍然會在篩管外部留下 大的環空。相反地，井筒內的縮徑處將產生阻卡固定脹管器的風險。
固定脹管器技術的一個改進是使用各種形式的柔性脹管器。理論 上，這些柔性脹管器具有適應性，因此在縮徑處它們將向裡彎曲，從 而降低了阻卡脹管器的風險。另一方面，如果有空的區域，同樣的問 題存在，即柔性脹管器所具有的能向外膨脹篩管的外部尺寸有限。因 此，當使用柔性脹管器時，仍然存在篩管外部留有環空間隙的問題， 這樣當井從該區域進行生產時，就會導致不想要的固體的產出。
以前的篩管設計使用了由金屬護套保持的預壓縮氈，當被放入井 下期望的位置時，那麼金屬護套遭受化學腐蝕。然後氈就可從預壓縮 狀態膨脹。篩管不膨脹。這種設計在美國專利2， 981， 332和2, 981， 333中進行了描述。專利5， 667, 011公開了使井下開縫襯管膨脹的 固定脹管器。美國專利5，卯l， 789和美國專利6， 012， 522公開了
被膨脹的井筒篩管。美國專利6， 253， 850公開了把一個無孔村管插 入另 一個已膨脹的開縫襯管中以封隔它的技術，並使用橡膠或環氧樹 脂來在村管之間密封。美國專利6， 263， 966公開了在井下膨脹的具 有縱向褶的篩管。美國專利5， 833, 001公開了橡膠就地固化以在由 膨脹物膨脹後製成補片。最後，美國專利4， 262, 744總體上涉及利 用模具製造篩管的技術。
本發明的裝置和方法通過提供具有膨脹後能適應井眼形狀的外層 的篩管組件來解決這個問題。在優選實施例中，選擇的材料是接觸井 筒流體時會膨脹的材料，以在膨脹後進一步促進充填井眼內空的區域。 在作為替換的設計中，不需要篩管膨脹，最外層接觸到井筒流體或其 它引入井筒的流體後膨脹以適應井眼的形狀。篩管段是以減少或消除 焊縫的方式製作的。焊縫在膨脹過程中會處於劇烈栽荷下，因此使焊 縫最少或消除焊縫提供了膨脹後更加可靠的篩管操作。本發明的這些 和其它優點對本領域技術人員而言在閱讀了後面優選實施例的描述和 權利要求後會更加明顯。

發明內容
篩管組件具有插入後能適應井眼形狀的材料。該組件包括膨脹後 具有井眼形狀的適應層。外層被形成為具有孔以允許產出物的流動。 所選的材料優選地受熱膨脹，並優選地包括熱固性形狀記憶泡沫材料。 基管上可具有篩管，以用作支撐適應層或選擇地用於篩濾的襯底層。 適應層可以自身膨脹或可從基管內進行膨脹。


附圖l是篩管立面剖視圖；和
附圖2是處於井下膨脹位置的篩管組件的截面圖，其中一個篩管 已顯示在附圖1中。
具體實施例方式
附圖1顯示了一段篩管10的一部分。它具有基管12，其上為篩 管14，篩管14上面是外部適應層16。層16具有多個孔18。基管l2 也具有孔20。實際的過濾材料或篩管14可以是絲網或織物或其它已
知的過濾產品。適應層16優選地是軟的，以便當篩管10膨脹時它將 流動。優選的材料是當暴露於井筒流體一段延長的時間後會膨脹的材 料。三個例子是腈、天然橡膠和AFLAS。在作為替換的實施例中，在 放入井筒後適應層16充分膨脹以接觸井筒，而篩管10沒有膨脹。示 意性地在篩管10端部22和24顯示的是止動環26和28。當篩管10 膨脹時，這些止動環將限制適應層16，以防適應層16在篩管膨脹後 在篩管IO外部的環空中縱向移動。它們的使用是可選擇的。
篩管10的組裝方式是本發明的另一方面。適應層16可具有允許 其套到篩管材料14上的內徑。篩管材料14和適應層16的組件套到基 管12上。之後，在基管12內部施加已知的膨脹工具，以使其輕微膨 脹。結果，篩管材料14和適應層16都固定到基管12上，而無需焊接。 這是有利的，因為當篩管IO下入井筒內並被膨脹時，膨脹過程會對焊 縫施加大的應力，這會導致篩管失效。組裝篩管IO的一種選擇方式是 按照剛剛描述過的方式把篩管材料14附著到基管12上，接著在篩管 材料14上固化適應層16。另一個選擇是，可以在篩管材料14上施加 保護性外套(未示出)，在保護性外套上安裝適應層16。即使是採用 可選擇的穿孔保護外套(未示出)，連接工藝也是正如前面描述的從 基管12內向外膨脹。
孔18可以是各種形狀。它們的功能是在膨脹後允許地層流體流 過。它們可以是圓形孔，或者狹縫，或者其它形狀，或者形狀的組合。 適應層16可以由聚合材料製成，優選地是當持續暴露於井筒流體時膨 脹的材料，以更好適應井眼30的不規則形狀，如附圖2所示。附圖2 也顯示了放在篩管材料14之上、適應層16之下的外部保護外套32, 以當放入井眼30時保護篩管材料14。外套32是具有沖出的開口 33 的已知產品，並且如果使用了適應層16，可以選擇性地使用外套32。 它是可選擇的原因在於，在下入過程中適應層16 —定程度上提供了期 望的保護。此外，沒有外套32,適應層16可以製作得更厚，以在膨 脹後更好地充填篩管10周圍的環空中的空隙體積34。適應層16的厚 度被井眼和安裝在其內部的構件的外徑所限制。優選地，適應層16被
緊緊地擠壓，因為這樣促進其移動以填充周圍環空中的空隙。
本領域技術人員可以意識到，本發明允許可膨脹篩管的製造消除
了層之間的焊縫。適應材料16的使用允許使用多種膨脹技術，並提高 了消除由於井眼不規則而導致的膨脹篩管外部空隙的能力。可供選擇 地，在篩管10不井下膨脹的情況下適應材料16可以充分膨脹，以允 許消除礫石充填的必要性。如果該材料由於暴露於井下流體而膨脹， 將其用作適應層16是期望的。適應層16下面的保護套32可以用於在 下入過程中保護篩管材料14。
適應層16可以是泡沫材料，優選為熱固性泡沫材料，但是也可以 是熱塑性泡沫材料。所示的適應層16為圓柱狀，但是可以改變，例如 通過凹的端部或有條紋的區域(未示出)，以利於布置，或者增強該 層的過濾特性。適應層16優選地由彈性記憶泡沫材料構成，例如開孔 複合泡沫材料。這種泡沫材料具有通過改變泡沫材料溫度而能從一種 尺寸和形狀轉變為另一種尺寸和/或形狀的性質。這種泡沫材料可以形 成具有所需原始尺寸和形狀的物體，例如具有所需外徑的圓柱體。這 樣形成的泡沫體接著被加熱，以把它的溫度升高到其轉變溫度。當它 達到轉變溫度時，泡沫材料軟化，允許泡沫體被重新成形為期望的過 渡尺寸和形狀，例如通過壓縮以形成較小直徑的圓柱體。泡沫體的溫 度接著被降低到轉變溫度以下，以使泡沫體保留其過渡尺寸和形狀。 當隨後重新升高到其轉變溫度時，泡沫體將恢復其原始尺寸和形狀。
圓柱狀泡沫適應層16可以通過纏繞具有期望的原始外徑ODi的 泡沫毯而初始地形成在篩管IO或基管12上。可供選擇地，在基管12 或篩管10上形成適應層16的工藝可以是產生具有期望原始直徑的適 應層16的任何其它工藝，例如直接地模製泡沫體。期望的原始外徑 ODi比將布置組件的井眼直徑(BHD)大。例如，具有IO英寸原始外 徑ODi的適應層16可以被形成為用於8.5英寸直徑的井眼。
泡沫材料組分被配製，以實現期望的轉變溫度。該性質使得可在 預計用於特定應用的期望轉變溫度的情況下配製泡沫材料。例如，在 用於本發明時，泡沫材料組分可以被配製，以使轉變溫度僅僅略低於
組件將被使用的深度處的預計井下溫度。這導致適應層16在該期望深 度處的溫度膨脹，並保持被膨脹到井筒壁上。井下溫度可以用於膨脹 適應層16;可供選擇地，可以使用其它方式，例如單獨的熱源。這樣 的熱源可以是纜繩布置的電加熱器，或電池供電的加熱器。例如，這 樣的熱源可以安裝到基管12上、整合到其內或安裝成與泡沫適應層 16相接觸。加熱器可以從井場地面控制，或者通過定時裝置或壓力傳 感器控制。還有，可通過從地面向井下泵入的化學物質來產生放熱反 應，或者可以通過其它任何合適的方式產生熱量。
適應層16可以被製成為用作唯一的過濾媒介，而不使用任何篩管 材料，例如14。這是因為適應材料的性質是多孔隙的。但是，其常規 生產技術是模具在其全部外周留下不滲透層。這個性質允許該材料在 脫模的條件下基本上可以用作封隔材料。但是，如果最終與井眼壁接 觸的外表面的不滲透層被剝離或以其它方式被移走，適應層16可以安 裝到基管12或篩管14上，並可以單獨作為唯一的過濾材料或與篩管 14 一起使用。篩管14可以被配置成專門用於適應材料16的結構支撐， 以當井筒流體透過適應材料16被過濾時使適應材料不會穿過基管12， 或者篩管可以被完全省掉。適應材料16的井上端部和井下端部可具有 來自製造時模製工藝留下的不滲透層，以更好地把流體引導到基管12 中的開口。
適應材料可優選地是形狀記憶聚合物，該聚合物是多孔隙的和熱 固性的，儘管也可釆用熱塑性材料，如果熱塑性材料是多孔隙的，或 者可在那種條件下製造。
本發明上面的公開和描述是示例性的和解釋性的，可以在尺寸、 形狀和材料以及示例結構的具體細節上進行各種變化，而不偏離本發 明的實質。
權利要求
1.一種完井方法，包括利用多孔隙適應材料覆蓋至少一個基管；把所述基管下到井筒中的期望位置；向著井筒壁膨脹適應材料；通過所述適應材料把流體過濾到所述基管。
2. 如權利要求l所述的方法，包括 膨脹基管以及所述適應材料。
3. 如權利要求l所迷的方法，包括為所述適應材料選擇是泡沫材料的材料。
4. 如權利要求l所述的方法，包括為所述適應材料選擇是形狀記憶聚合物的材料。
5. 如權利要求4所述的方法，包括 為所述適應材料選擇是熱固性的材料。
6. 如權利要求4所述的方法，包括 為所述適應材料選擇是熱塑性的材料。
7. 如權利要求l所述的方法，包括 提供井下熱源以啟動所述膨脹。
8. 如權利要求l所述的方法，包括從所述適應材料上移走不滲透層以暴露適應材料中的孔隙。
9. 如權利要求l所述的方法，包括 在所述基管和所述適應材料之間提供支撐元件。
10. 如權利要求9所述的方法，包括 把篩管用作所述支撐元件。
11. 如權利要求l所迷的方法，包括 允許所述適應材料膨脹以與井筒壁相接觸。
12. 如權利要求3所述的方法，包括為所述適應材料選擇是形狀記憶聚合物的材料。
13. 如權利要求12所述的方法，包括 為所述適應材料選擇是熱固性的材料。
14. 如權利要求13所述的方法，包括從所述適應材料上移走不滲透層以暴露適應材料中的孔隙。
15. 如權利要求14所述的方法，包括 在所述基管和所述適應材料之間提供支撐元件。
16. 如權利要求15所述的方法，包括 把篩管用作所述支撐元件。
17. 如權利要求16所述的方法，包括 使基管以及所述篩管和適應材料膨脹。
全文摘要
篩管組件具有插入後能適應井眼形狀的材料。該組件包括膨脹後適應井眼形狀的適應層。外層被形成為具有孔以允許產出物的流動。所選材料優選地受熱膨脹，並優選地包括熱固性形狀記憶泡沫材料。基管上可具有篩管，以用作支撐適應層或可選擇地用於篩濾的襯底。適應層可以自己膨脹或也可從基管內使其膨脹。
文檔編號E21B43/08GK101175893SQ200680016203
公開日2008年5月7日 申請日期2006年4月13日 優先權日2005年4月13日
發明者R·貝內特 申請人:貝克休斯公司