[发明专利]井内滤器及其预填装件

说明书

本发明总地来说涉及井底汲采装置，特别是涉及用于从流入水井、油井、气井及回收井内的流体中把松散的材料过滤出去的井内滤网。

在油井或气井的建井过程中，通常的作法是先向井孔内敷设一根防护套管，然后将生产管道插在防护套管内。在井场，套管上对准一个或多个汲采区处被钻出横向孔以使开采流体能进入套管腔内。在开采地层流体过程中，地层砂粒也会被冲入流道内。地层砂粒是相当细的砂，它会冲蚀流道内的汲采部件。

在某些汲采作业中，井孔是不加套管的，而是面对含油或气区域形成一个敞开面。例如，在水井、试验井和水平井的汲采装置中就是用这种敞开井孔（不加套管）布置。

用一个或多个滤砂器安装在生产管道和有穿孔的套管（加套管的）或者敞开的井孔面（不加套管的）之间。通常的作法是在滤砂器上装一个填装件，以把在开采流体流入生产管道的区域内的环状空间封闭起来。向滤砂器周围的环状空间内充填比较粗的砂粒或砾石，让它们起过滤作用以减小达到滤砂器的地层细砂量。用工作管具和运行密封装置使砂砾定位在滤砂器的周围。在建井过程中，砂砾也被泵送并挤压到滤砂器周围的开采地层中，以便滤除流向井内的流体中的松散材料。砂砾是以与水或胶浆混成砂浆的形式沿工作管具向下泵送，并且正好定位于填装件之下或滤砂器之上。砂砾还充塞滤砂器和井孔套管之间环状空间。在滤砂器悬挂在不加套管的敞开孔内的井内装置中，充填的砂砾支承着周围的松散地层。传统的滤砂器采用一个壁上穿有孔的芯管，其周围间隔地排列上一些纵向延伸的衬条、衬杆或衬肋，并在其上以均匀间距的螺旋结构缠绕连续的金属丝，使金属丝的各圈之间有预定的轴向间隙。各圈金属丝之间的孔隙允许地层流体流经滤砂器，而同时间距紧密的各圈金属丝又能挡住如砂粒或砾石等可能穿过砾石填装料的细颗粒材料。

在继砾石填装操作之后的最初开采过程中出现的一个问题是，在砾石填装料桥稳定之前，细砂可能被带过砾石子填装料。在砾石填装料最终固结并使得达到清洁的开采之前，产生大量这种细砂粒的情况并不是罕见的。在砾石填装后的采井的早期阶段中，这些细砂粒易于移动通过砾石填装料和滤砂器并堆积在外面的金属丝绕层和有穿孔的芯管之间的内环状空间内。在一些情况中，这种情况会对滤砂器造成严重冲蚀，并最终造成用于减少砂粒的进入的滤砂器的损坏。在另一些情况中，细砂粒可能含有含碳的、含硅的或有机体的固体微粒，它们会完全阻塞滤砂器的流动通路，使得在建井后不久便终止开采。在深井中，当滤砂器被阻塞及生产管道中的内部压力减小时，地层的压力可压扁滤砂器和生产管道。此外，当周围地层中流失了大量的砂/粒时，地层可能坍塌，损坏井内套管、衬套和/或滤砂器，并最终导致产量减少或终止开采。

解决上述问题的一种考虑是在内部的芯管和外部的金属丝滤网之间的环状空间内放置一个砾石聚结的预填装件。预填装砾石的尺度定为适于挡住在初始开采中伴随地层流体的细颗粒。天然砾石以及环氧树脂包复的砾石已广泛地使用在预填装井内滤砂器中。大多数预填装井内滤砂器都会遇到由于它们的外径大于传统的井内滤砂器的外径而产生的难以取回问题。为了使预填装井内滤砂器较易于取回通常是将内部的芯管的尺寸做得小一些，因此对生产孔径的大小和建井管具孔径的大小都产生了限制。

为了使预填装过滤材料有最大的环状空间位置和最长的保持时间，一些传统的井内滤砂器已采用内部金属丝布或钢丝编织的纤维过滤介质。例如，请看美国专利4，858，691和美国专利4，856，591。与以具有电阻焊滤网为特点的传统的肋条通道结构相比，这种编织金属丝布滤网不能提供自由流动。这种直接包绕在有穿孔的芯管上的金属丝布滤网只允许其重叠于芯管上的流道之处有自由流动产生。甚至在这种情况中，在金属丝布滤网自身重迭处通过这些芯管上的穿孔的流动也受到限制。由于金属丝布的孔隙一般比外面的滤网构件的通流孔隙小得多，因此利用细金属丝布滤网的已有技术的滤砂器会产生阻塞。例如，在美国专利4，858，691中，金属丝布的纤维筛号说明为是40至200目左右，其进流面积可能比外面的限制颗粒的圆筒的进流面积小得多。将可看到，砂粒的阻塞将会妨碍用这种型式的滤器建成的井的生产的初期开发阶段的进行。