專利名稱：防砂篩管組件及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及對(duì)從地層開采出顆粒材料進(jìn)行控制，具體地涉及具有可溶脹材料 (swellable material)層的防砂篩管組件，該可溶脹材料可操作以徑向擴(kuò)張從而使過濾介 質(zhì)接觸地層。
背景技術(shù)：
不限制本發(fā)明的范圍，參照作為示例，經(jīng)由一穿過未固結(jié)或松散固結(jié)的地層的井 眼開采烴，來描述本發(fā)明的背景技術(shù)。在地下鉆井和完井的領(lǐng)域中公知的是，在從穿過未固結(jié)或松散固結(jié)的地層的井開 采烴時(shí)，會(huì)開采出例如砂之類的顆粒材料。開采出這類顆粒材料可導(dǎo)致發(fā)生許多問題。例 如，顆粒材料導(dǎo)致井內(nèi)的部件例如油管、流動(dòng)控制裝置和安全裝置磨損。另外，顆粒材料會(huì) 部分或完全地阻塞油井，引起對(duì)昂貴的井大修(workover)的需要。還有，如果顆粒材料被 開采到地表，則必須通過地表的處理設(shè)施將這些顆粒材料從烴流體中移除。一種用于防止開采出這種顆粒材料的方法是以礫石充填鄰近未固結(jié)或松散固結(jié) 的開采層段的井。在典型的礫石充填完井中，將防砂篩管下降到工作管柱上的井眼中，到 達(dá)最接近期望的開采層段的位置。然后，將包含液體載體和例如礫石之類的顆粒材料的流 體漿沿工作管柱向下泵送，并進(jìn)入防砂篩管與穿孔的井套管或裸眼開采區(qū)之間的井內(nèi)環(huán)空 (well annulus)ο流體載體通過流經(jīng)防砂篩管而流入地層、返回地表，或者兩者皆有。在任一種情況 下，礫石沉積在防砂篩管周圍，以形成礫石充填，這種礫石充填對(duì)于烴流體的流動(dòng)來說是高 度地可滲透的，但可阻擋烴流體中所攜帶的顆粒流動(dòng)。這樣，礫石充填能成功防止與從地層 中開采出顆粒材料相關(guān)聯(lián)的問題。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)期望開采層段的完整礫石充填難以實(shí)現(xiàn)；在延伸的或傾斜的井眼， 包括具有長(zhǎng)的水平開采層段的井眼中，尤其如此。這些不完整的充填通常是液體載體進(jìn)入 開采層段的滲透部而造成礫石脫水，并在環(huán)空中形成砂橋的結(jié)果。此后，砂橋防止?jié){流到環(huán) 空的剩余部分，這樣依次防止充足的礫石堆放在開采層段的剩余部分。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)礫石充填在某些裸眼完井中不可行。已經(jīng)嘗試在這種裸眼完井中 使用可擴(kuò)張的金屬防砂篩管。這些可擴(kuò)張的金屬防砂篩管典型地安裝在井眼中，然后使用 穿過篩管的內(nèi)部的液壓沖模(hydraulic swage)或錐體或者其他金屬成形技術(shù)，徑向擴(kuò)張 這些可擴(kuò)張的金屬防砂篩管。除了從地層流體濾出顆粒材料之外，這些可擴(kuò)張的防砂篩管 的一個(gè)益處是它們?yōu)榈貙犹峁较蛑?，這幫助防止地層坍塌。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)因?yàn)榫鄣?輪廓并不均勻，所以傳統(tǒng)的可擴(kuò)張的防砂篩管并不是在它們的整個(gè)長(zhǎng)度上都接觸到井眼的 壁。更具體地，由于鉆井眼的過程和井下巖層的異質(zhì)性，通常發(fā)生沖蝕(washout)或其他不 規(guī)則現(xiàn)象，這導(dǎo)致井眼內(nèi)的某些位置具有比其他區(qū)域更大的直徑，或者具有非圓形的橫截 面。因此，當(dāng)可擴(kuò)張的防砂篩管擴(kuò)張時(shí)，在可擴(kuò)張的防砂篩管與井眼的不規(guī)則區(qū)域之間生成 孔隙，這已經(jīng)導(dǎo)致可擴(kuò)張的防砂篩管與井眼之間的不完全接觸。另外，對(duì)于某些傳統(tǒng)的可擴(kuò)張的防砂篩管，螺接連接件是不可擴(kuò)張的，這生成非常復(fù)雜的輪廓，至少其中一部分防砂篩 管不接觸井眼。進(jìn)一步，當(dāng)傳統(tǒng)的可擴(kuò)張的防砂篩管擴(kuò)張時(shí)，擴(kuò)張的篩管的徑向強(qiáng)度急劇降 低，導(dǎo)致對(duì)井眼的徑向支撐力極小(如果還有的話)。因此，需要這樣一種防砂篩管組件，其防止從穿越含烴地層的井開采出顆粒材料 而無需執(zhí)行礫石充填操作。還需要這樣一種防砂篩管組件，其對(duì)地層提供徑向支撐而無需 擴(kuò)張金屬管。進(jìn)一步，需要這樣一種防砂篩管，其適合在長(zhǎng)的水平的裸眼完井中操作。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開的本發(fā)明包括一種防砂篩管組件，其防止從穿越含烴地層的井或作為注 入井操作的井開采出顆粒材料。本發(fā)明的防砂篩管組件實(shí)現(xiàn)這個(gè)結(jié)果而無需執(zhí)行礫石充填 操作。另外，本發(fā)明的防砂篩管組件無妨礙地對(duì)地層提供徑向支撐，而無需擴(kuò)張金屬管。進(jìn) 一步，本發(fā)明的防砂篩管組件適合用于裸眼完井中長(zhǎng)的水平開采層段內(nèi)的操作。在一個(gè)方案中，本發(fā)明致力于一種可操作地置于井眼內(nèi)的防砂篩管組件。該防砂 篩管組件包括基管，該基管具有位于其側(cè)壁部中的至少一個(gè)開口。過濾介質(zhì)布置在基管的 至少第一圓周部外。過濾介質(zhì)與至少一個(gè)開口流體連通?？扇苊洸牧蠈硬贾迷诨艿牡诙?圓周部外，由此響應(yīng)于與活化流體(activating fluid)接觸，可溶脹材料層徑向擴(kuò)張而引 起過濾介質(zhì)朝向井眼的表面移位并優(yōu)選緊密地接近或接觸井眼。在一個(gè)實(shí)施例中，過濾介質(zhì)在基管的第一圓周部和第二圓周部周圍周向延伸。在 另一實(shí)施例中，過濾介質(zhì)僅在基管的第一圓周部周圍周向延伸。在某些實(shí)施例中，第一圓周 部在約10°與約180°之間，并可優(yōu)選為約120°。在一個(gè)實(shí)施例中，過濾介質(zhì)是單層或多層的編織金屬絲網(wǎng)(woven wire mesh) 或纖維網(wǎng)。在其他實(shí)施例中，過濾介質(zhì)可以是繞絲篩管、預(yù)充填篩管、陶瓷篩管、流體多孔 (fluid porous)的抗顆粒(particulate resistant)的燒結(jié)的或擴(kuò)散粘結(jié)(diffusion bonded)的金屬絲網(wǎng)式篩管(wire mesh screen)或類似的過濾介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，可溶脹材料層在最接近基管的第二圓周部的中點(diǎn)處比最接近基 管的第二圓周部的端點(diǎn)處更厚。在另一實(shí)施例中，可溶脹材料層是周向分段(segmented) 的。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可溶脹材料層可螺旋形地布置在基管外。在又一實(shí)施例中，可溶 脹材料段可布置在基管與過濾介質(zhì)之間，使得可溶脹材料段響應(yīng)于接觸活化流體，使過濾 介質(zhì)徑向向外移位。在某些實(shí)施例中，活化流體可以是水基流體、烴流體例如油或氣或其組
I=I ο在另一方案中，本發(fā)明致力于一種可操作地置于井眼內(nèi)的防砂篩管組件。該防砂 篩管組件包括基管，該基管在其側(cè)壁部具有至少一個(gè)開口。過濾介質(zhì)布置在基管的至少第 一圓周部外。過濾介質(zhì)與至少一個(gè)開口流體連通。可溶脹材料層布置在基管的第二圓周部 外。可溶脹材料層在最接近基管的第二圓周部的中點(diǎn)處比最接近基管的第二圓周部的端點(diǎn) 處更厚，由此響應(yīng)于接觸活化流體，可溶脹材料層徑向擴(kuò)張而引起過濾介質(zhì)接觸井眼。在另一方案中，本發(fā)明致力于一種在井眼中安裝防砂篩管組件的方法。該方法包 括將防砂篩管組件移動(dòng)至井眼內(nèi)的目標(biāo)位置，防砂篩管組件具有過濾介質(zhì)，該過濾介質(zhì)布 置在基管的至少第一圓周部外；使得布置在基管的第二圓周部外的可溶脹材料層與活化流 體接觸響應(yīng)于與活化流體接觸，徑向擴(kuò)張可溶脹材料層；以及響應(yīng)于可溶脹材料層的徑向擴(kuò)張，將過濾介質(zhì)朝向井眼的表面移位。


為了更完整地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在連同附圖一起參考本發(fā)明的詳細(xì)描 述，其中不同附圖中的相應(yīng)附圖標(biāo)記指的是相應(yīng)部件，其中圖IA是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，以行進(jìn)形態(tài)(running configuration)操作多個(gè)防 砂篩管組件的井系統(tǒng)的示意圖；圖IB是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，以操作形態(tài)(operating configuration)來操作多 個(gè)防砂篩管組件的井系統(tǒng)的示意圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在行進(jìn)形態(tài)沿圖IA的防砂篩管組件的線2A-2A截 取的剖視圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在操作形態(tài)沿圖IB的防砂篩管組件的線2B-2B截 取的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的防砂篩售;組件的剖視圖
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的防砂篩售;組件的剖視圖
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的防砂篩售;組件的剖視圖
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的防砂篩售;組件的剖視圖
圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的防砂篩售;組件的剖視圖
圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的防砂篩售;組件的側(cè)視圖
圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的防砂篩售;組件的側(cè)視圖
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的防砂篩-蒙組件的側(cè)視圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的防砂篩-蒙組件的側(cè)視圖；以及
圖12是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的防砂篩-蒙組件的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式雖然以下詳細(xì)討論了形成和使用本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是應(yīng)理解本發(fā)明提供許 多可應(yīng)用的創(chuàng)造性概念，這些創(chuàng)造性概念能夠在大量的特定環(huán)境下實(shí)施。在此討論的特定 實(shí)施例僅僅是形成和使用本發(fā)明的示例性的特定方式，并非限制本發(fā)明的范圍。首先參考圖1A，其中描述了示意性地示出并總體用附圖標(biāo)記“10”表示的井系統(tǒng)， 其包括體現(xiàn)本發(fā)明原理的多個(gè)防砂篩管組件。在示出的實(shí)施例中，井眼12延伸通過多個(gè)地 巖層(earth stratum)。井眼12具有基本豎直的區(qū)段14，區(qū)段14的上部中已經(jīng)安裝有膠 結(jié)在井眼12內(nèi)的套管柱16。井眼12還具有基本水平的區(qū)段18，區(qū)段18延伸通過含烴地 層20。如示出的，井眼12的基本水平的區(qū)段18是裸眼。油管柱(tubing string) 22位于井眼22內(nèi)并從地表延伸。油管柱22提供了用于 使地層流體從地層20流向地表的管道。多個(gè)防砂篩管組件M位于油管柱22內(nèi)。防砂篩 管組件M被顯示處在行進(jìn)形態(tài)或者說未伸展形態(tài)。再參考圖1B，其中描述了圖IA的井系統(tǒng)中，防砂篩管組件M處于其徑向擴(kuò)張形 態(tài)。如以下更詳細(xì)解釋的，所描述的每個(gè)防砂篩管組件M具有基管、過濾介質(zhì)和可溶脹材 料層。總的來說，與每個(gè)防砂篩管組件的一個(gè)圓周部相關(guān)的過濾介質(zhì)暴露，可溶脹材料層布置在每個(gè)防砂篩管組件的另一圓周部外。當(dāng)防砂篩管組件M接觸活化流體，例如烴流體、 水或氣時(shí)，每個(gè)防砂篩管組件的可溶脹材料層徑向擴(kuò)張，這依次引起每個(gè)防砂篩管組件M 的過濾介質(zhì)接觸井眼12的表面。在示出的實(shí)施例中，相鄰的防砂篩管組件M彼此相對(duì)旋 轉(zhuǎn)90°。這種形態(tài)確保各個(gè)過濾介質(zhì)將繞井眼12的整個(gè)圓周被定向，包括使至少一些過濾 介質(zhì)接觸井眼12的頂部。相鄰防砂篩管組件M的其他相對(duì)圓周方位也是可能的，并被認(rèn) 為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，那些圓周方位包括但不限于在約30°和180°之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)。雖然圖IA-圖IB將油管柱22描述為只包括防砂篩管組件對(duì)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人 員將認(rèn)識(shí)到油管柱22可包括任意數(shù)量的其他工具和系統(tǒng)。例如，可使用例如封隔器之類的 層位封隔裝置將油管柱22分成多個(gè)層段。類似于防砂篩管組件M中的可溶脹材料，這些 層位封隔裝置可由在接觸例如無機(jī)流體或有機(jī)流體這樣的流體時(shí)膨脹的材料制成?？梢?層位封隔裝置膨脹并隔離的一些示意性流體包括水、氣和烴。另外，即使圖1A-1B描述了井眼的水平區(qū)段中的本發(fā)明的防砂篩管組件，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明的防砂篩管組件同等適用于傾斜的井眼或豎直的井眼。因此， 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，使用的方向性術(shù)語，例如以上、以下、上部、下部、向上、向下等等是 與圖中描述的示例性實(shí)施例相關(guān)聯(lián)地使用的，向上方向?yàn)橄蛑鄳?yīng)附圖的頂部，而向下方 向則是向著相應(yīng)附圖的底部。參考圖2A，其中描述了體現(xiàn)本發(fā)明的原理并總體用附圖標(biāo)記“40”表示的處在其 行進(jìn)形態(tài)的防砂篩管組件的剖視圖。防砂篩管組件40包括限定內(nèi)部流路44的基管42。基 管42具有多個(gè)開口 46，這些開口允許流體在基管42的外部與內(nèi)部流路44之間經(jīng)過。基管 42周圍布置過濾介質(zhì)48。過濾介質(zhì)48包括機(jī)械濾篩元件，例如具有多層編織金屬絲網(wǎng)的 流體多孔的顆粒限制(particulate restricting)的金屬篩管，上述多層編織金屬絲網(wǎng)可 擴(kuò)散粘結(jié)或燒結(jié)在一起以構(gòu)成一個(gè)多孔金屬絲網(wǎng)式篩管(porous wire mesh screen)，該 網(wǎng)式篩管設(shè)計(jì)為允許流體從中流過但防止預(yù)定大小的顆粒材料流過。在示出的實(shí)施例中， 過濾介質(zhì)48包括具有相對(duì)常規(guī)的(course)金屬絲網(wǎng)的外排水層50和內(nèi)排水層52，外排水 層50與內(nèi)排水層52之間設(shè)有過濾層M，過濾層M具有相對(duì)細(xì)的篩孔。應(yīng)注意可替換地使 用其他類型的排水層。例如，兩個(gè)排水層之一可由繞絲、帶孔護(hù)罩(perforated shroud)或 類似部件構(gòu)成。同樣地，過濾介質(zhì)48可由其他類型的防砂介質(zhì)構(gòu)成，例如繞絲篩管、預(yù)充填 篩管、陶瓷篩管、諸如不銹鋼珠或燒結(jié)的不銹鋼珠之類的金屬珠等等。過濾介質(zhì)48的大小 根據(jù)將安裝過濾介質(zhì)48的開采層位的具體要求來確定。過濾介質(zhì)48中的間隙的一些示例 性的尺寸可處在20-250標(biāo)準(zhǔn)篩孔范圍內(nèi)。優(yōu)選地，例如通過用密封物質(zhì)來浸漬過濾層M，使得至少過濾層M中含有密封物 質(zhì)，由此使密封物質(zhì)填充過濾層M中的空洞，以防止在安裝期間堵塞。根據(jù)本發(fā)明的原理， 可替換性地將密封物質(zhì)應(yīng)用于其他的層50、52或基管42中的任一個(gè)。例如，密封物質(zhì)可阻 擋流經(jīng)基管42的射孔46的流體，或者可在排水層50、52的金屬絲網(wǎng)中浸漬密封物質(zhì)，或者 以上的任意組合。優(yōu)選地，密封物質(zhì)當(dāng)暴露于地下井環(huán)境時(shí)可降解。更優(yōu)選地，密封物質(zhì)當(dāng)暴露于井 中溫度升高的水時(shí)發(fā)生降解。最優(yōu)選地，該如美國專利第7，036，587號(hào)所描述的密封物質(zhì)， 在此通過援弓I就各方面而言并入該美國專利。密封物質(zhì)可以是可降解聚合物?？筛鶕?jù)本發(fā)明使用的合適的可降解聚合物的示
7例包括多糖，如葡聚糖或纖維素；甲殼質(zhì)；殼聚糖；蛋白質(zhì)；脂肪族聚酯 ’聚(丙交酯) ’聚 (乙交酯) ’聚(ε-己內(nèi)酯Mpolyb-caprolactones))；聚(酐)；聚(羥基丁酸酯)；脂 肪族聚碳酸酯；聚(原酸酯)；聚(氨基酸)；聚(環(huán)氧乙烷)和聚磷腈。在這些合適的聚 合物中，脂肪族聚酯例如聚(丙交酯)或聚(乳酸)和聚酐是優(yōu)選的。密封物質(zhì)可在出現(xiàn)水合的(hydrated)有機(jī)或無機(jī)化合物固體時(shí)降解；上述水合 的有機(jī)或無機(jī)化合物固體可包含在過濾介質(zhì)48中，因此當(dāng)安裝篩管時(shí)井中有水源。例如， 可在排水層50、52的金屬絲網(wǎng)中設(shè)置水合的有機(jī)或無機(jī)化合物。可替換地，可在防砂篩管 組件40被運(yùn)送到井中之后，例如通過將水源向下通到井中，或者將地層水用作水源，將另 一水源送到密封物質(zhì)?？扇苊洸牧蠈?6位于一部分過濾介質(zhì)48的周圍?？扇苊洸牧蠈?6通過粘合或 其他合適技術(shù)附接到過濾介質(zhì)48。在示出的實(shí)施例中，可溶脹材料層56從其每個(gè)端點(diǎn)58、 60逐漸向中點(diǎn)62加厚?？扇苊洸牧蠈?6的厚度可在中點(diǎn)62與端點(diǎn)58、60之間線性或非 線性地轉(zhuǎn)變。優(yōu)選地，可溶脹材料層56的厚度可基于防砂篩管組件40的直徑和井眼64的 直徑來優(yōu)化，使得在擴(kuò)張時(shí)，如以下更詳細(xì)描述的，實(shí)現(xiàn)可溶脹材料層56和過濾介質(zhì)48 二 者與井眼64的表面之間的基本均勻接觸。在示出的實(shí)施例中，可溶脹材料層56包圍防砂 篩管組件40的圓周的約。因此露出相應(yīng)的120°的過濾介質(zhì)48?，F(xiàn)在再參考圖2B，其中描述了處在操作形態(tài)的防砂篩管組件40的剖視圖。在示出 的實(shí)施例中，可溶脹材料層56已經(jīng)與活化流體接觸，活化流體例如為烴流體、水或氣，其已 經(jīng)造成可溶脹材料層56徑向擴(kuò)張接觸井眼64的表面，在示出的實(shí)施例中該表面為地層面 (formation face)。另外，可溶脹材料層56的徑向擴(kuò)張已經(jīng)造成過濾介質(zhì)58接觸井眼64 的表面。在這個(gè)實(shí)施例中，外排水層50在過濾層M與井眼64之間提供隔離(stand off) 區(qū)域。使用這種構(gòu)造是有益的，例如若之前已經(jīng)在地層的表面上形成濾餅，那么這種隔離將 防止損壞過濾層M并允許使用酸或其他反應(yīng)流體移除濾餅。除為地層流體提供進(jìn)入內(nèi)部流路的路徑之外，本發(fā)明的防砂篩管組件提供的進(jìn)一 步益處是，本發(fā)明的防砂篩管組件還提供對(duì)地層的支撐，以防地層坍塌。與上述的傳統(tǒng)的可 擴(kuò)張的金屬防砂篩管相比，本發(fā)明的防砂篩管組件因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)更大的徑向擴(kuò)張，并且可溶 脹材料層更貼合(compliant)，而能夠更好地符合不均勻的井眼面，所以提供了與地層的改 進(jìn)接觸。在優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的防砂篩管組件對(duì)井眼提供約500psi和2000psi之間 或更大的坍塌支撐力。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，雖然本發(fā)明提供了基管、可溶脹材料層和 過濾介質(zhì)的明確設(shè)計(jì)特征，但是可針對(duì)特定實(shí)施方案優(yōu)化本發(fā)明提供的坍塌支撐?？墒褂酶鞣N技術(shù)來使可溶脹材料層56與用于引起可溶脹材料層56溶脹的適當(dāng)活 化流體接觸。例如，當(dāng)在井中安裝防砂篩管組件40時(shí)，活化流體可能已經(jīng)存在于井中，在這 種情況下，可溶脹材料層56優(yōu)選包括用于延遲可溶脹材料層56膨脹的機(jī)構(gòu)，例如吸收延遲 涂層或薄膜、或防止涂層或薄膜、溶脹延遲材料合成物、或類似機(jī)構(gòu)。可替換地，當(dāng)防砂篩管組件40安裝在井中之后，可使活化流體通過井流通到可溶 脹材料層56。作為另一替換方案，可從圍繞井眼的地層開采進(jìn)入井眼的活化流體。因此應(yīng) 認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的原理，可使用引起防砂篩管組件40的可溶脹材料層56發(fā)生膨脹的任 意方法。可溶脹材料層56由接觸活化流體例如無機(jī)或有機(jī)流體時(shí)發(fā)生膨脹的一種或多種材料構(gòu)成。例如，該材料可以是在被刺激材料擴(kuò)張的活化流體激活時(shí)，從其原始尺寸膨脹數(shù) 倍的高分子聚合物。在一個(gè)實(shí)施例中，可溶脹材料是在接觸和/或吸收烴，例如油或氣時(shí)膨 脹的材料。當(dāng)可溶脹材料設(shè)置于基管周圍時(shí)，烴被吸收到可溶脹材料中，使得可溶脹材料的 體積增加，而產(chǎn)生可溶脹材料的徑向擴(kuò)張，這造成基管42和過濾介質(zhì)48在井眼64內(nèi)的位 置偏離中心。優(yōu)選地，可溶脹材料將一直膨脹，直到其外表面和過濾介質(zhì)48接觸到裸眼完 井或下套管井眼內(nèi)的套管壁中的地層面為止。因此可溶脹材料為將過濾介質(zhì)48定位成接 觸地層提供了能量。一些示例性可溶脹材料包括彈性聚合物，例如EPDM橡膠、丁苯橡膠、天然橡膠、乙 丙單體檢膠(ethylene propylene monomer rubber)、三兀乙丙檢膠(ethylene propylene diene monomer rubber)、乙烯醋酸乙烯酉旨橡膠(ethylene vinyl acetate rubber)、氧化丁 腈橡膠、丁腈橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯橡膠和聚降冰片烯(polynorbornene)。這些材 料及其他可溶脹材料在接觸和吸收烴時(shí)膨脹，使得可溶脹材料擴(kuò)張。在一個(gè)實(shí)施例中，可溶 脹材料的橡膠中也可溶解有其他材料、或與其他材料機(jī)械混合，所述其他材料例如為纖維 素(cellulose)纖維。額外的選擇可以是橡膠與聚氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、醋酸 乙酯或其他與油接觸時(shí)擴(kuò)張的聚合物的機(jī)械混合物。在另一實(shí)施例中，可溶脹材料是與水接觸時(shí)膨脹的材料。在這種情況下，可溶脹 材料可以是水可溶脹的聚合物，例如水可溶脹的彈性體或水可溶脹的橡膠。更具體地，可 溶脹材料可以是水可溶脹的疏水聚合物或水可溶脹的疏水共聚物，而且優(yōu)選為水可溶脹 的疏水多孔共聚物?？蓮脑S多親水單體和疏水改性親水單體制備根據(jù)本發(fā)明有用的其 他聚合物?？衫玫奶貏e合適的親水單體的示例包括但不限于，丙烯酰胺、2-丙烯酰氨 基-2-甲基丙磺酸、N, N-二甲基丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯 (dimethyIaminoethy 1 methacrylate)、丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、二甲氨 基丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和丙烯酸羥乙酯。也可利用許多疏水改性的親水單體來構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明有用的聚合物。特別合適 的疏水改性的親水單體包括但不限于，丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、烷基丙烯酰胺和 烷基甲基丙烯酰胺(其中烷基具有約4至約22個(gè)碳原子)、甲基丙烯酰氧乙基烷基二甲基 溴化銨(alkyl dimethylammoniumethyl methacrylate bromide)、甲基丙烯酉先氧乙基燒基 二甲基氯化銨(alkyl imethylammoniumethyl methacrylate chloride)禾口甲基丙烯酉先氧 ^二(alkyl dimethylammoniumethyl methacrylate iodide) ( ^43 基具有約4至約22個(gè)碳原子)以及甲基丙烯酰氨基丙基烷基二甲基溴化銨(alkyl dime thylammonium-propylmethacrylamide bromide)、甲基丙烯酉先氨基丙基燒基二甲基氯化銨 (alkyl dimethy lammonium propy lmethacry lamide chloride)禾口甲基丙烯酉先氨基丙基燒 基三甲基 if典化 I安(alkyl dimethy lammonium-propy lmethacry lamide iodide)(其中燒基具 有約4至約22個(gè)碳原子)?？赏ㄟ^使所述親水單體中的任一個(gè)或多個(gè)與所述疏水改性的親水單體聚合，來制 備根據(jù)本發(fā)明有用的聚合物。聚合反應(yīng)可按本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種方式來執(zhí)行，例如 美國專利第6，476，169號(hào)中描述的那些方式，在此就各方面而言通過援引并入該美國專 利。合適的聚合物的估算分子量可處在從約100，000至約10，000, 000的范圍內(nèi)，并優(yōu)選處在從約250，000至約3，000, 000的范圍內(nèi)，并且親水分子與疏水改性的親水單體的摩 爾比可處在從約99. 98 0.02至約90 10的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明有用的其他聚合物包括疏水改性的聚合物、疏水改性的水溶性聚合物 及其疏水改性的共聚物。特別合適的疏水改性的聚合物包括但不限于，疏水改性的聚甲基 丙烯酸二甲氨基乙酯、疏水改性的聚丙烯酰胺和疏水改性的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和乙 烯吡咯烷酮的共聚物。作為另一示例，可溶脹材料可以是諸如聚丙烯酰胺或改性的交聯(lián)的聚(甲基)丙 烯酸酯的鹽聚體，其具有從鹽水通過滲透作用吸水的趨勢(shì)，其中水穿過允許水分子經(jīng)過但 防止溶解的鹽通行的半透膜(聚合物與開采流體之間的界面)，從低鹽濃度的區(qū)域(地層 水)流向高鹽濃度的區(qū)域(鹽聚體)。在一些實(shí)施例中，可溶脹材料對(duì)于某些流體而言是可滲透的，但是由于可溶脹材 料內(nèi)的多孔性可防止從中穿過的顆粒運(yùn)動(dòng)。例如，可溶脹材料的孔徑尺寸可充分的小以防 止砂從中通行，但又充分的大以允許烴流體的開采物從中經(jīng)過。例如，可溶脹材料孔徑尺寸 可小于Imm0雖然圖2A-圖2B已經(jīng)描述可溶脹材料層56為圍繞防砂篩管組件40的圓周的約 240°，過濾介質(zhì)48的圓周暴露約120°，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，其他圓周方位是可 能的，并被認(rèn)為處在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，期望圓周的過濾介質(zhì)在從約10°至約180°之 間暴露。進(jìn)一步，如在圖3最佳地看到的，防砂篩管組件70被描述為可溶脹材料層72圍繞 防砂篩管組件70的圓周的300°，相應(yīng)地暴露60°的過濾介質(zhì)48。作為另一示例，如在圖 4最佳地看到的，防砂篩管組件80被描述為可溶脹材料層82圍繞防砂篩管組件80的圓周 的約180°，相應(yīng)地暴露180°的過濾介質(zhì)48。另外，圖3描述了可溶脹材料層72從其每個(gè) 端點(diǎn)74、76向其中點(diǎn)78逐漸變厚。同樣地，圖4描述可溶脹材料層82從其每個(gè)端點(diǎn)84、86 向其中點(diǎn)88逐漸變厚。參考圖5，其中描述了體現(xiàn)本發(fā)明的原理并總體由附圖標(biāo)記“90”表示的處在其行 進(jìn)形態(tài)的防砂篩管組件的剖視圖。防砂篩管組件90包括限定內(nèi)部流路90的基管92?；?管92具有多個(gè)開口 96，這些開口允許流體在基管92的外部與內(nèi)部流路94之間經(jīng)過。基管 92周圍布置過濾介質(zhì)98。過濾介質(zhì)98包括具有相對(duì)常規(guī)的金屬絲網(wǎng)的外排水層100和內(nèi) 排水層102，外排水層100與內(nèi)排水層102之間設(shè)有過濾層104，過濾層104具有相對(duì)細(xì)的 篩孔?？扇苊洸牧蠈?06位于一部分過濾介質(zhì)98的周圍。可溶脹材料層106通過粘合或 其他合適技術(shù)附接到過濾介質(zhì)98。在示出的實(shí)施例中，可溶脹材料層106被周向分段成多 個(gè)縱向延伸的條塊(column)或者說區(qū)段。如所描述的，可溶脹材料層106包括可溶脹材料 層區(qū)段108、110、112、114、116、118、120、122。同樣，如所描述的，可溶脹材料層區(qū)段從區(qū)段 108向區(qū)段114、及從區(qū)段122向區(qū)段116逐漸變厚。按類似于上述的方式，防砂篩管組件90在井下移動(dòng)，其中可溶脹材料層區(qū)段108、 110、112、114、116、118、120、122處于它們的未擴(kuò)張形態(tài)。在接觸活化流體(例如在本說明 書中描述的烴流體或水)時(shí)，可溶脹材料層區(qū)段108、110、112、114、116、118、120、122即徑 向擴(kuò)張，使得可溶脹材料層區(qū)段108、110、112、114、118、120、122的外表面和過濾介質(zhì)98的 上部朝向裸眼井眼124的表面徑向移位，并優(yōu)選接觸裸眼井眼124的表面。使用具有可溶 脹材料層區(qū)段108、110、112、114、116、118、120、122的防砂篩管組件90，允許將更多的過濾介質(zhì)98暴露以進(jìn)行開采。另外，材料層區(qū)段108、110、112、114、116、118、120、122之間的間
隙允許控制線路或其他攜帶數(shù)據(jù)、信號(hào)、功率、光、流體等等的管道與防砂篩管組件90關(guān)聯(lián) 地伸展。然而，應(yīng)注意在此描述的可溶脹材料層的其他實(shí)施例中可形成槽或其他路由通路， 這類槽包括但不限于美國專利申請(qǐng)公布第US 2007-0012436 Al號(hào)中描述的那些槽，在此通 過援引就各方面而言將該美國專利申請(qǐng)并入。參考圖6，其中描述了體現(xiàn)本發(fā)明的原理并總體由附圖標(biāo)記“130”表示的處在其 行進(jìn)形態(tài)的防砂篩管組件的剖視圖。防砂篩管組件130包括限定內(nèi)部流路134的基管132。 基管132具有處在基管132的穿孔圓周區(qū)段138中的多個(gè)開口 136，穿孔圓周區(qū)段138允許 流體在基管132的外部與內(nèi)部流路134之間經(jīng)過。基管132還具有非穿孔圓周區(qū)段或者說 無孔管(blank pipe)區(qū)段140。過濾介質(zhì)142布置在基管132的穿孔區(qū)段138周圍。過濾 介質(zhì)142包括具有相對(duì)常規(guī)的金屬絲網(wǎng)的外排水層144和內(nèi)排水層146，外排水層144與內(nèi) 排水層146之間設(shè)有過濾層148，過濾層148具有相對(duì)細(xì)的篩孔?？扇苊洸牧蠈?50位于 基管132的無孔管區(qū)段140周圍?？扇苊洸牧蠈?50通過粘合或其他合適的技術(shù)附接到基 管132。在示出的實(shí)施例中，可溶脹材料層150從其每個(gè)端點(diǎn)152、154向其中點(diǎn)156逐漸變 厚。按類似于以上所描述的方式，防砂篩管組件130在井下移動(dòng)，其中可溶脹材料層 150處于其未擴(kuò)張形態(tài)。在接觸活化流體(例如在本說明書中描述的烴流體或水)時(shí)，可溶 脹材料層150即徑向擴(kuò)張，使得可溶脹材料層150的外表面和過濾介質(zhì)142朝向裸眼井眼 158的表面徑向移位并優(yōu)選接觸裸眼井眼158的表面。參考圖7，其中描述了體現(xiàn)本發(fā)明的原理并總體由附圖標(biāo)記“160”表示的處在其 行進(jìn)形態(tài)的防砂篩管組件的剖視圖。防砂篩管組件160包括限定內(nèi)部流路164的基管162。 基管162具有處在穿孔圓周區(qū)段168中的多個(gè)開口 166，穿孔圓周區(qū)段168允許流體在基管 162的外部與內(nèi)部流路164之間經(jīng)過?；?62還具有非穿孔圓周區(qū)段或者說無孔管區(qū)段 170。過濾介質(zhì)172布置在基管162的穿孔區(qū)段168周圍。過濾介質(zhì)172包括具有常規(guī)的 固定金屬絲網(wǎng)的外排水層174和內(nèi)排水層176，外排水層174與內(nèi)排水層176之間設(shè)有過濾 層178，過濾層178具有相對(duì)細(xì)的篩孔?？扇苊洸牧蠈?80位于基管162的無孔管區(qū)段170 周圍?？扇苊洸牧蠈?80通過粘合或其他合適的技術(shù)附接到基管162。在示出的實(shí)施例中， 可溶脹材料層180從其每個(gè)端點(diǎn)182、184向其中點(diǎn)186逐漸變厚。在示出的實(shí)施例中，可 溶脹材料層180還包括布置在基管162與過濾介質(zhì)172之間的可溶脹材料層區(qū)段188、190。按類似于以上所描述的方式，防砂篩管組件160在井下移動(dòng)，其中可溶脹材料層 180處于其未擴(kuò)張形態(tài)。在接觸活化流體(例如在本說明書中描述的烴流體或水)時(shí)，可 溶脹材料層180即徑向擴(kuò)張，使得可溶脹材料層180的外表面與過濾介質(zhì)172朝向裸眼井 眼192的表面徑向移位并優(yōu)選接觸裸眼井眼192的表面。在示出的實(shí)施例中，通過利用朝 向井眼192使得過濾介質(zhì)173徑向移動(dòng)的可溶脹材料層區(qū)段188、190，來增強(qiáng)過濾介質(zhì)172 與井眼192之間的接觸。在其他實(shí)施例中，可替換性地使用類似于可溶脹材料層區(qū)段188、 190的支撐結(jié)構(gòu)，以增加過濾介質(zhì)172與井眼192之間的貼合性(compliance)。例如，這種 支撐結(jié)構(gòu)可由非溶脹彈性材料、可壓碎的金屬或非金屬材料、這些材料或其他給予柔性并 對(duì)過濾介質(zhì)172給予支撐的材料的組合構(gòu)成。同樣地，過濾介質(zhì)172可被設(shè)計(jì)成使得與地 層面的貼合性優(yōu)化。
雖然已將可溶脹材料層180的可溶脹材料層區(qū)段188、190描述為沿防砂篩管組件 160的縱向延伸，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可溶脹材料的區(qū)段可按多種構(gòu)造放置在基管 162與過濾介質(zhì)172之間，上述多種構(gòu)造包括但不限于周向延伸的區(qū)段、多個(gè)圓形或其他形 狀的區(qū)段、穿孔片、十字圖案(crisscross pattern)等等。參考圖8，其中描述了體現(xiàn)本發(fā)明的原理并總體由附圖標(biāo)記“194”表示的處在其 行進(jìn)形態(tài)的防砂篩管組件的側(cè)視圖。防砂篩管組件194包括基管；基管限定內(nèi)部流路，并限 定多個(gè)開口，上述多個(gè)開口允許在流體基管的外部與內(nèi)部流路之間經(jīng)過。過濾介質(zhì)196暴 露在基管的近似90°的圓周區(qū)段周圍。過濾介質(zhì)196包括具有相對(duì)常規(guī)的金屬絲網(wǎng)的外 排水層和內(nèi)排水層，外排水層與內(nèi)排水層之間設(shè)有過濾層，過濾層具有相對(duì)細(xì)的篩孔。可溶 脹材料層198位于基管剩下的270°的圓周區(qū)段周圍。可溶脹材料層198通過粘合或其他 合適的技術(shù)附接到基管或過濾介質(zhì)196。如所示出的，可溶脹材料層194在防砂篩管組件 194的兩端200繞基管的周向延伸360°。在這種構(gòu)造中，在激活可溶脹材料層198時(shí)，將 可溶脹材料198放置成與地層接觸，并優(yōu)選將過濾介質(zhì)196放置成與地層接觸，可溶脹材料 層198在過濾介質(zhì)196周圍提供完全的隔離。參考圖9，其中描述了體現(xiàn)本發(fā)明的原理并總體由附圖標(biāo)記“202”表示的處在其 行進(jìn)形態(tài)的防砂篩管組件的側(cè)視圖。防砂篩管組件202包括基管；基管限定內(nèi)部流路，并限 定多個(gè)開口，上述多個(gè)開口允許流體在基管的外部與內(nèi)部流路之間經(jīng)過。過濾介質(zhì)204暴 露在基管的90°的圓周區(qū)段周圍。過濾介質(zhì)204包括具有相對(duì)常規(guī)的金屬絲網(wǎng)的外排水層 和內(nèi)排水層，外排水層與內(nèi)排水層之間設(shè)有過濾層，過濾層具有相對(duì)細(xì)的篩孔。可溶脹材料 層206位于基管的剩余270°的圓周區(qū)段周圍。可溶脹材料層206通過粘合或其他合適的 技術(shù)附接到基管、附接到過濾介質(zhì)、或者附接到基管與過濾介質(zhì)兩者。如所示出的，可溶脹 材料層206包括繞基管的周向延伸360°的多個(gè)箍(band) 208。在這種構(gòu)造中，在激活可溶 脹材料層206時(shí)，將可溶脹材料層206放置成與地層接觸，并優(yōu)選將過濾介質(zhì)204放置成與 地層接觸，可溶脹材料層206在過濾介質(zhì)204的多個(gè)區(qū)段周圍提供完全的隔離。在這種構(gòu) 造中，結(jié)合一個(gè)或多個(gè)防砂篩管組件202，可減少或消除對(duì)封隔器或其他密封裝置的使用。參考圖10，其中描述了體現(xiàn)本發(fā)明原理并總體由附圖標(biāo)記“210”表示的處在其行 進(jìn)形態(tài)的防砂篩管組件的側(cè)視圖。防砂篩管組件210包括基管；基管限定內(nèi)部流路，并限定 多個(gè)開口，上述多個(gè)開口允許流體在基管的外部與內(nèi)部流路之間經(jīng)過。過濾介質(zhì)212暴露 在基管的近似90°的圓周區(qū)段周圍。過濾介質(zhì)212包括具有相對(duì)常規(guī)的金屬絲網(wǎng)的外排水 層和內(nèi)排水層，外排水層與內(nèi)排水層之間設(shè)有過濾層，過濾層具有相對(duì)細(xì)的篩孔。可溶脹材 料層214位于基管的剩余270°的圓周區(qū)段周圍?？扇苊洸牧蠈?14通過粘合或其他合適 技術(shù)附接到基管或過濾介質(zhì)212。如所示出的，可溶脹材料層214由多個(gè)縱向分段的區(qū)段 216構(gòu)成。在這種構(gòu)造中，即使在激活可溶脹材料層214，將可溶脹材料層214放置成與地 層接觸，并優(yōu)選將過濾介質(zhì)212放置成與地層接觸之后，來自防砂篩管組件210的整個(gè)圓周 周圍的地層流體也可在可溶脹材料層214的分段區(qū)段216之間的位置進(jìn)入井眼。參考圖11，其中描述了體現(xiàn)本發(fā)明的原理并總體由附圖標(biāo)記“217”表示的處在其 行進(jìn)形態(tài)的防砂篩管組件的側(cè)視圖。防砂篩管組件217包括基管；基管限定內(nèi)部流路，并限 定多個(gè)開口，上述多個(gè)開口允許流體在基管的外部與內(nèi)部流路之間經(jīng)過。過濾介質(zhì)218暴 露在基管的近似120°的圓周區(qū)段周圍。過濾介質(zhì)218包括具有相對(duì)常規(guī)的金屬絲網(wǎng)的外排水層和內(nèi)排水層，外排水層與內(nèi)排水層之間設(shè)有過濾層，過濾層具有相對(duì)細(xì)的篩孔?？扇?脹材料層219位于基管的剩余對(duì)0°的圓周區(qū)段周圍?？扇苊洸牧蠈?19通過粘合或其他 合適技術(shù)附接到過濾介質(zhì)218。如所示出的，可溶脹材料層219以盤旋式的或螺旋形的構(gòu)造 布置在防砂篩管組件217周圍。在這種構(gòu)造中，能夠更容易從井眼的整個(gè)圓周開采流體。接下來參考圖12，其中描述了體現(xiàn)本發(fā)明的原理并總體由附圖標(biāo)記“220”表示的 處在其行進(jìn)形態(tài)的防砂篩管組件的橫截面的局部側(cè)視圖。防砂篩管組件220包括防砂篩管 區(qū)段 222、流體鑒別器(fluid discriminator)區(qū)段 224、限流器(flow restrictor)區(qū)段 2 和流體入口區(qū)段228。防砂篩管組件220包括限定內(nèi)部流路232的基管230。防砂篩管 區(qū)段222包括過濾介質(zhì)234，過濾介質(zhì)234暴露在基管230的近似120°的非穿孔圓周區(qū)段 周圍。過濾介質(zhì)234包括具有相對(duì)常規(guī)的金屬絲網(wǎng)的外排水層和內(nèi)排水層，外排水層與內(nèi) 排水層之間設(shè)有過濾層，過濾層具有相對(duì)細(xì)的篩孔?？扇苊洸牧蠈?36位于防砂篩管區(qū)段 222的基管230的剩余的圓周區(qū)段周圍?？扇苊洸牧蠈?36通過粘合或其他合適技 術(shù)附接到基管230或過濾介質(zhì)234。流體鑒別器區(qū)段2M構(gòu)造成與防砂篩管區(qū)段222串聯(lián)，使得流體在進(jìn)入流體鑒別 器區(qū)段2 之前必須經(jīng)過防砂篩管區(qū)段222。流體鑒別器區(qū)段2 包括外殼238，外殼238 與基管230的非穿孔區(qū)段限定環(huán)形腔M0。流體鑒別器區(qū)段2 還包括卡環(huán)M2J44?？?環(huán)242具有多個(gè)出口 246 ；多個(gè)出口 246在卡環(huán)242中沿周向分開，被設(shè)計(jì)成提供從腔240 至限流器區(qū)段226的流體通道。被描述為球形構(gòu)件或球的一個(gè)或多個(gè)阻流構(gòu)件248布置在卡環(huán)242、244之間的腔 240內(nèi)，并與出口 246配合以限制進(jìn)入流體鑒別器區(qū)段2M的開采流體的任何不期望的部分 流動(dòng)。例如，在開采流體既包含油又包含水的情況下，構(gòu)件M8的密度使得特定的出口 246 被特定的構(gòu)件248擋住，以阻斷或阻止水從中流過。因此，當(dāng)開采流體主要是油時(shí)，構(gòu)件248 將放置在離出口 246相對(duì)遠(yuǎn)的位置，例如在腔240的底部。然而，當(dāng)開采流體中出現(xiàn)足夠比 例的水時(shí)，構(gòu)件248將通過阻斷或阻止經(jīng)由出口 246中特定的那些出口的流動(dòng)來限制水流。限流器區(qū)段2 構(gòu)造成與流體鑒別器區(qū)段224串聯(lián)，使得流體在進(jìn)入限流器區(qū)段 226之前必須經(jīng)過流體鑒別器區(qū)段224。限流器區(qū)段2 包括外殼250，外殼250適當(dāng)?shù)芈?lián) 結(jié)到流體鑒別器區(qū)段224的外殼238。外殼250與基管230的非穿孔區(qū)段限定環(huán)形腔252。 環(huán)流速率控制器2M布置在腔252內(nèi)。環(huán)流速率控制器2M包括一個(gè)或多個(gè)管狀通道256 ； 這些管狀通道256為流體在限流器區(qū)段2 內(nèi)行進(jìn)提供了相對(duì)長(zhǎng)、窄和曲折的通道，并提供 了比通過流動(dòng)鑒別器區(qū)段224的不受限制通道有更多限制的通道。這樣，可操作限流器區(qū) 段2 來限制開采流體通過防砂篩管組件220的流速。一旦開采流體經(jīng)過限流器區(qū)段2 的環(huán)流速率控制器254，它們就進(jìn)入環(huán)形腔258 并最終經(jīng)由以槽的形式示出的開口 260進(jìn)入基管230的內(nèi)部。一旦處在基管230的內(nèi)部， 開采流體就流向油管柱內(nèi)部的表面。流體鑒別器區(qū)段2M可在各種流態(tài)下進(jìn)行操作，并可借助阻流構(gòu)件248的各種構(gòu) 造進(jìn)行操作。例如，構(gòu)件248可具有單一密度并被設(shè)計(jì)成擋住單一類型的不期望流體(例 如產(chǎn)油操作中的水或氣)，或者可具有兩個(gè)密度并被設(shè)計(jì)成擋住多種不期望流體(例如產(chǎn) 油操作中的水和氣)。所有的上述構(gòu)件還旨在擋住特定的未必具有相同密度的不期望流體。 替代性地，每個(gè)種類的構(gòu)件可具有不同的密度范圍，使得這些構(gòu)件在不同密度的開采流體中自然漂浮。雖然圖12已經(jīng)描述了流體鑒別器區(qū)段的具體實(shí)施例，但其他類型的流體鑒別 機(jī)構(gòu)能夠與本發(fā)明的防砂篩管組件結(jié)合使用，其他類型的流體鑒別機(jī)構(gòu)例如為美國專利 第 7，185，706 號(hào)和美國專利申請(qǐng)公布第 US 2008-0041580A1、US 2008-0041581 Al、US 2008-0041588 Al和US 2008-0041582 Al號(hào)中描述的那些流體鑒別機(jī)構(gòu)，在此通過援引 就各方面而言并入上述的每個(gè)美國專利和專利申請(qǐng)。同樣地，雖然圖12已經(jīng)描述了限 流器區(qū)段的具體實(shí)施例，但其他類型的限流機(jī)構(gòu)能夠與本發(fā)明的防砂篩管組件結(jié)合使用， 其他類型的限流機(jī)構(gòu)例如為美國專利第5，803，179,6, 857，476,6, 886，634,6, 899，176、 7，055，598,7, 096，945 和 7，191，833 號(hào)，以及美國專利申請(qǐng)公布第 US 2006-0042795 AUUS 2007-0039741 AUUS 2007-0246407 AUUS 2007-0246210 Al 和US 2007-0246213 Al 號(hào)中 描述的那些限流機(jī)構(gòu)，在此通過援引就各方面而言并入上述的每個(gè)美國專利和專利申請(qǐng)。任選地，可期望在防砂篩管組件220的內(nèi)部高壓操作期間，防止進(jìn)入地層的流體 損失(fluid loss)。在這種情況下，可將流體損失控制閥例如單向閥或止回閥(未示出) 安裝在基管230與外殼之間，并優(yōu)選安裝在腔258內(nèi)。同樣地，在某些實(shí)施例中，可能期望 選擇性地允許及防止經(jīng)過本發(fā)明的防砂篩管組件例如防砂篩管組件220的流動(dòng)。在這類實(shí) 施例中，可將閥或其他流動(dòng)控制裝置安置在防砂篩管組件220的外部與內(nèi)部流路232之間 的流體流路中。例如，可使得滑動(dòng)套筒(未示出)可操作地與基管230和開口 260結(jié)合。 滑動(dòng)套筒可布置在基管230之內(nèi)，處于內(nèi)部流路232的內(nèi)部；或者可優(yōu)選布置在基管230之 外，處于外殼與基管230之間的環(huán)形區(qū)域的內(nèi)部?；瑒?dòng)套筒可具有打開位置和閉合位置，其 中打開位置允許流體流經(jīng)開口 260，其中閉合位置防止流體流經(jīng)開口沈0。另外，滑動(dòng)套筒 的位置可平滑調(diào)整，使得滑動(dòng)套筒可提供阻止功能?；瑒?dòng)套筒可機(jī)械式地、電子式地、液力 式地或通過其他合適的工具來操作。雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是不希望在限制意義上解釋本說明 書。參考本說明書，示例性實(shí)施例以及本發(fā)明的其他實(shí)施例的各種更改和組合對(duì)本領(lǐng)域技 術(shù)人員而言將是明顯的。因此，希望所附權(quán)利要求涵蓋任何這種更改或?qū)嵤├?br> 權(quán)利要求
1.一種可操作地置于井眼內(nèi)的防砂篩管組件，所述防砂篩管組件包括 基管，具有位于其側(cè)壁部中的至少一個(gè)開口 ；過濾介質(zhì)，布置在所述基管的至少第一圓周部外，所述過濾介質(zhì)與所述至少一個(gè)開口 流體連通；以及可溶脹材料層，布置在所述基管的第二圓周部外，所述可溶脹材料層在最接近所述基 管的所述第二圓周部的中點(diǎn)處比最接近所述基管的所述第二圓周部的端點(diǎn)處更厚；其中，響應(yīng)于與活化流體接觸，所述可溶脹材料層徑向擴(kuò)張而引起所述過濾介質(zhì)朝向 所述井眼的表面移位。
2.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述過濾介質(zhì)在所述基管的所述第一圓周 部和所述第二圓周部的周圍周向延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述過濾介質(zhì)僅在所述基管的所述第一圓 周部的周圍周向延伸。
4.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述第一圓周部在約10°至約180°之間。
5.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述第一圓周部為約120°。
6.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述過濾介質(zhì)還包括單層網(wǎng)式篩管、多層 網(wǎng)式篩管、繞絲篩管、預(yù)充填篩管、陶瓷篩管、流體多孔的抗顆粒的燒結(jié)的金屬絲網(wǎng)式篩管、 和流體多孔的抗顆粒的擴(kuò)散粘結(jié)的金屬絲網(wǎng)式篩管中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述可溶脹材料層是周向分段的。
8.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述可溶脹材料層是縱向分段的。
9.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述可溶脹材料層對(duì)所述過濾介質(zhì)提供流 體隔離。
10.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述可溶脹材料層對(duì)所述過濾介質(zhì)的多 個(gè)區(qū)段提供流體隔離。
11.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述可溶脹材料層螺旋形地布置在所述基管外。
12.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，還包括可溶脹材料，布置在所述基管與所述 過濾介質(zhì)之間。
13.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述活化流體是烴流體、水及氣中的至少一種。
14.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中響應(yīng)于與所述活化流體接觸，所述可溶脹 材料層徑向擴(kuò)張而引起所述過濾介質(zhì)接觸所述井眼。
15.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述可溶脹材料層布置在所述過濾介質(zhì)外。
16.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述可溶脹材料層布置為鄰近所述基管。
17.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述可溶脹材料層布置在所述基管的非 穿孔區(qū)段外。
18.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述可溶脹材料層布置在所述基管的穿 孔區(qū)段外。
19.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述過濾介質(zhì)布置在所述基管的非穿孔區(qū)段外。
20.如權(quán)利要求1所述的防砂篩管組件，其中所述過濾介質(zhì)布置在所述基管的穿孔區(qū) 段外。
21.一種在井眼中安裝防砂篩管組件的方法，所述方法包括將所述防砂篩管組件移動(dòng)至所述井眼內(nèi)的目標(biāo)位置，所述防砂篩管組件具有過濾介 質(zhì)，所述過濾介質(zhì)布置在基管的至少第一圓周部外；使得布置在所述基管的第二圓周部外的可溶脹材料層與活化流體接觸，所述可溶脹材 料層在最接近所述基管的所述第二圓周部的中點(diǎn)處比最接近所述基管的所述第二圓周部 的端點(diǎn)處更厚；響應(yīng)于與所述活化流體接觸，徑向擴(kuò)張所述可溶脹材料層；以及響應(yīng)于所述可溶脹材料層的徑向擴(kuò)張，將所述過濾介質(zhì)朝向所述井眼的表面移位。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中響應(yīng)于與所述活化流體接觸，徑向擴(kuò)張所述可溶 脹材料層的步驟還包括使所述可溶脹材料層接觸烴流體、水和氣中的至少一種。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中響應(yīng)于所述可溶脹材料層的徑向擴(kuò)張，將所述過 濾介質(zhì)朝向所述井眼的表面移位的步驟還包括響應(yīng)于所述可溶脹材料層的徑向擴(kuò)張，使 所述過濾介質(zhì)接觸所述井眼。
全文摘要
一種可操作地置于井眼(64)內(nèi)的防砂篩管組件(40)。防砂篩管組件(40)包括側(cè)壁部具有至少一個(gè)開口(46)的基管(42)。過濾介質(zhì)(48)布置在基管(42)的至少第一圓周部外。過濾介質(zhì)(48)與至少一個(gè)開口(46)流體連通?？扇苊洸牧蠈?56)布置在基管(42)的第二圓周部外，使得響應(yīng)于接觸活化流體，可溶脹材料層(56)徑向擴(kuò)張而引起過濾介質(zhì)(48)接觸井眼(64)。
文檔編號(hào)E21B33/12GK102137983SQ200980133881
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2009年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者約翰·C·加諾, 讓·馬克·洛佩斯 申請(qǐng)人:哈利伯頓能源服務(wù)公司