[发明专利]砂筛装置

说明书

                      发明领域

本发明涉及应用于烃井的建成和改建的装置，具体涉及用以限制颗粒物质侵入井产品液的砂筛。

                      发明背景

未固结的颗粒物质(下文中称为＂结构砂(formation sand)＂)常与地下的烃岩层伴生。从未固结的岩层中生产烃液的主要问题是通常很细的结构砂侵入产品液和设备。产品液中有砂存在时，常导致昂贵的井机械和零件迅速磨蚀。此外，未固结岩层中沙的迁移可能造成特意在岩层中爆破的钻孔塌陷，从而导致减产或甚至停产。为了防止结构砂的迁移，通常将这种岩层进行＂砾石充填＂。砾石充填也可以起过滤器的作用，防止细砂进入产品液。砾石充填包括将特定粒级的砂引入井孔，通常是以浓密矿浆的形式用泵向下输送到被井壁的内周边和钻具组(work string)外周边限定的环形孔道中。通常是将砾石充填物强制地送入井壁的孔眼并掺入岩层的孔中，从而使岩层稳定。

由于砾石充填物本身包括砂，因而常采用砂筛装置防止砾石充填砂侵入井产品液，以及防止细的结构砂(通常一开始就穿过砾石充填层)侵入产品液。如果有太多的结构砂穿过砾石充填层，岩层钻孔就会发生塌陷。在此情况下，井就可能需要以相当的费用重新钻孔和重新充填。

从水平井中生产烃液是非常理想的，因为可以从中央的竖井孔径向地钻许多井孔，从而可以提高特定岩层的生产效率。然而，水平井的建成牵涉一些技术障碍，因而迄今尚未广泛采用。如果要将生产管深入放进地下，然后试图将该管道在角度接近90度下蜿蜒地伸进，就需要用兼备桡性和韧性机械强度的材料制成的生产管。将生产管置入井中的问题常因下述事实而加重，因为许多水平井都属于未固结类型，在这种情况下，砾石充填和砂筛的使用都很困难。

鉴于砂侵入未固结岩层的问题，已设计了一些砂筛装置。示范的设计包括金属丝筛网装置(参见例如美国专利3958634号)、金属丝筛网和预充填砾石的装置(参见例如美国专利5050678号)以及烧结金属整体装置(参见例如美国专利5088554号)。这些金属丝筛网装置有若干不能令人满意的倾向：由于一开始就流过筛网/砾石充填界面的细砂而引起的磨蚀；由于碳质的、硅质的或有机的固体而产生的堵塞；由于地层和地压的影响作用而产生的金属丝网的塌陷或裂口。

预充填的金属丝筛网装置也会因堵塞和井孔应力的影响而受到不同程度的损坏。此外，许多预充填筛网与该筛网环绕安装在其上的生产管相比具有相当大的外径，致使开始安装和拆卸困难。

金属丝网，以及某种程度预充填的，砂筛装置并不特别抗损坏；在钻井台上搬运和将它们放入井孔时必须非常小心。即使轻微地撞击井壁也会在金属丝网的间隔产生裂口，致使筛网磨蚀和失效。此外，在将常规的金属丝筛网和预充填筛网放入水平井中时，会扩大金属丝网间隔上的裂口，导致筛网失效。

烧结金属整体砂筛装置在所有的应用中价格过高，除非在最关键情况下否则不予采用。此外，该装置缺少整体支承，因而不能抗损坏。均匀的或整体式的结构由于应力集中的影响和低韧性可使裂缝通过整体结构的厚度蔓延。烧结金属整体装置也有因夹带在岩层液中的细砂而被堵塞的倾向。为了改进其性能，有必要将烧结金属整体砂筛进行电抛光，但却增加了它们的成本费用。

虽然烧结金属整体砂筛装置具有有效的开孔面积(空隙容积)，然而它们缺乏促进在该整体砂筛装置和多孔管之间均匀的流量分布机制。在实际操作中，由于向下液流的流量分布很差，因而会产生导致高流速区的一些流道、较高的压力降以及过早地被堵塞。另一方面，虽然金属丝筛网和预充填的金属丝筛网具有有效利用的流动区和流量分布，但是，却只有很小的有效开孔面积(空隙容积)，因而会降低生产率。

                   发明的概述

本发明提供了一种基本上克服了上述主要问题的装置。本发明包括用于烃井的具有抗损坏性的砂筛装置，该砂筛装置特别适合于在涉及未固结的和水平岩层的施工中应用。

在本发明的一个实施方案中包括同轴地安装在多孔生产管周围的多层带支承多孔介质。在构成这种装置的方法中，将一片或一条带支承多孔介质在适当的位置上环绕并紧固在生产管周围。在优选的构成这种装置的方法中，多孔介质的一端通过例如点焊紧固在生产管上，然后，将该多孔介质以螺纹形或螺旋形的方式环绕在生产管上并加以紧固。