專(zhuān)利名稱(chēng)：燒結(jié)金屬濾砂器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建成開(kāi)采井所需裝置，具體地則涉及從水井、油井、氣井和回采井的流入的地層流體中將未固結(jié)的物料清除掉的井下濾砂器。
在建成一口油井及/或氣井的過(guò)程中，通常是把一串套管打入到鉆孔中，然后再將生產(chǎn)管子放入套管中。在井下，在通過(guò)一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)區(qū)的部位在套管上打孔，以使產(chǎn)品流體進(jìn)入套管內(nèi)。在生產(chǎn)過(guò)程中地層中的砂粒也隨著地層流體被沖入流道內(nèi)。地層砂是一種相對(duì)細(xì)的砂，它會(huì)刷蝕流道內(nèi)的部件。
在一些完井中，井孔內(nèi)并不放下套管，這樣在產(chǎn)生油或氣的區(qū)段就存在一個(gè)敞開(kāi)面，這種敞開(kāi)的鉆孔(未下套管的)方式用在諸如水井、試驗(yàn)井和水平完井內(nèi)。
生產(chǎn)管子與開(kāi)孔的套管間(下套管的井)或與敞開(kāi)的鉆孔面(未下套管的井)之間的流道內(nèi)要設(shè)置一個(gè)或多個(gè)濾砂器。通常是在濾砂器的上方裝設(shè)一個(gè)封隔器以將產(chǎn)品流體流入生產(chǎn)管子的這個(gè)環(huán)形區(qū)段與其他區(qū)段隔開(kāi)。在濾砂器周?chē)沫h(huán)形空間內(nèi)填充著相當(dāng)粗的砂子或礫石作為一種粗濾裝置，以減少地層細(xì)砂到達(dá)濾砂器。使用一根維修套管或維修封閉裝置(SSU)來(lái)探測(cè)濾砂器周?chē)牡[石。在完成建井工程時(shí)，用泵將礫石沖擠入濾砂器四周的生產(chǎn)地層中，以將流入井內(nèi)的流體中的未固結(jié)物料擋住。礫石從維修套管中以與水或凝膠形成的漿液狀態(tài)泵送到封隔器的下方或?yàn)V砂器的上方。礫石也充滿(mǎn)了濾砂器與井壁套管間的環(huán)形空間。如果濾砂器是裝設(shè)在未下套管的敞開(kāi)式井孔內(nèi)的，則礫石層就支承著四周的未固結(jié)的地層。
傳統(tǒng)的濾砂器使用一根周?chē)_(kāi)孔的心軸，其外部用軸向布置的間隔棒、間隔桿、或間隔筋圍住，然后用一根金屬線(xiàn)以整齊地間隔開(kāi)的螺旋形的方式纏住在間隔棒的外面，使每一匝之間都留有一個(gè)預(yù)先規(guī)定的軸向間隙。此類(lèi)濾砂器可見(jiàn)于都屬于美國(guó)德州休斯敦霍華德·史密斯濾網(wǎng)公司的美國(guó)專(zhuān)利3，785，409號(hào)、3，958，634號(hào)和3，908，256號(hào)。匝間的空隙可允許地層流體流過(guò)，但卻不讓那些穿透了礫石充填層的顆粒物諸如砂或礫石通過(guò)。
有一個(gè)在生產(chǎn)初期會(huì)碰到的問(wèn)題，即當(dāng)?shù)[石充填好了以后，但在礫石層還未穩(wěn)定以前，細(xì)砂會(huì)隨著地層流體通過(guò)礫石層。一種不少見(jiàn)的情況是，在礫石充填層最終固結(jié)而能供給清潔的產(chǎn)品之前，相當(dāng)數(shù)量的細(xì)砂已經(jīng)通過(guò)了。在礫石充填好了并將該井投入生產(chǎn)的初始階段，這些細(xì)砂會(huì)通過(guò)礫石層并進(jìn)入濾砂器外面的金屬線(xiàn)和心軸的開(kāi)孔間的環(huán)形空隙內(nèi)，并沉積在那里。在一些情況下它會(huì)引起濾砂器的嚴(yán)重磨損并最終使它失效。在另外一些情況下，這些細(xì)砂會(huì)挾帶一些含碳的、含硅的、或有機(jī)的物質(zhì)，它們會(huì)將心軸的通流面積完全塞住，這樣在完井后不久就需將該井完全停下。在深井中，當(dāng)濾砂器堵塞住后，生產(chǎn)管子內(nèi)部的壓力就降低，地層的壓力會(huì)將濾砂器和生產(chǎn)管壓垮。此外，當(dāng)周?chē)牡貙訂适Я舜罅可白又螅摰貙右矔?huì)垮下，引起井孔套管的損壞，造成生產(chǎn)量降低或停產(chǎn)。
為了解決上述堵塞問(wèn)題所進(jìn)行的一個(gè)努力就是預(yù)先在中間的心軸與外面的線(xiàn)繞濾網(wǎng)之間的環(huán)形空隙內(nèi)充填礫石。這種預(yù)充填的礫石尺寸選擇得可以在生產(chǎn)初期排除隨著地層流體而來(lái)的細(xì)砂。這種預(yù)充填的濾砂器大量使用了天然礫石，也使用了環(huán)氧樹(shù)脂涂面的礫石。有些預(yù)充填的井下過(guò)濾器遇上了回收的困難，因?yàn)樗鼈兊耐鈴酱笥趥鹘y(tǒng)的井下過(guò)濾器。為了使得預(yù)充填的井下過(guò)濾器便于回收，往往只得將心軸做得細(xì)些，但這樣就限制了生產(chǎn)孔徑和完井工具套管的孔徑。
有一些現(xiàn)有技術(shù)的井下過(guò)濾器使用了內(nèi)置的金屬網(wǎng)或鋼絲編織的濾芯以取得最大的環(huán)形空間和保持住預(yù)充填的過(guò)濾物料。這類(lèi)結(jié)構(gòu)在美國(guó)專(zhuān)利4，858，691和4，856，591號(hào)中有述及。此類(lèi)編織的金屬布做的保持裝置并不像傳統(tǒng)的肋骨-通道結(jié)構(gòu)那樣便于流通，后者通常是用井下過(guò)濾器習(xí)用的電阻焊工藝來(lái)制作的。金屬布做的保持裝置是直接包在有孔的心軸外面的，所以實(shí)際上可以允許流體流過(guò)的僅僅是它復(fù)蓋在孔上的那部分面積。即使如此，其流通還受到金屬布搭接處的遮蔽作用的限制。
使用細(xì)金屬布做的保持裝置的濾砂器會(huì)發(fā)生堵塞，因?yàn)榻饘俨嫉目讖揭韧獠康倪^(guò)濾件上的流通孔小得多。在美國(guó)專(zhuān)利4，858，691號(hào)中使用的金屬布的孔是大約40到200號(hào)篩目，它的流通面積比外面的顆粒限制圓筒的流通面積小得多。因此可以看出，使用美國(guó)專(zhuān)利4，858，691號(hào)那種金屬布濾網(wǎng)的完井，當(dāng)砂粒將其堵塞時(shí)會(huì)影響這些井的初期試生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的在于，上面提到的現(xiàn)有技術(shù)的一些限制條件在本發(fā)明中可以被克服，它是應(yīng)用一種用金屬粉末模壓形成一根冶金學(xué)上是一體的、剛性的管形結(jié)構(gòu)結(jié)而成的管形濾砂器。這是用了“在冶金學(xué)上是一體的”這樣一個(gè)詞，其含義是集在一起的金屬顆粒是由高溫高壓條件下的結(jié)所引起的原子間的擴(kuò)散作用粘合在一起的。燒結(jié)金屬的濾體用電拋光工藝來(lái)改善其抗腐蝕性能、降低其機(jī)械應(yīng)力、減少其表面阻力、并減少其被例如粒度為74～100微米的細(xì)砂或其他顆粒堵塞的發(fā)生率。此外，電拋光還使其孔徑增大到相當(dāng)于具有40～60目有效孔徑的篩孔，其孔的平均尺寸為150微米。
在本發(fā)明的第一實(shí)施方案中，該管形的燒結(jié)金屬濾砂器是裝在一根連續(xù)長(zhǎng)度為20到30英尺(約6～9米)的心軸上的。在這樣的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，此濾砂器的抗破碎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度與傳統(tǒng)的預(yù)充填式的濾砂器可以比擬;該管形的燒結(jié)金屬濾砂器可以起到常規(guī)的預(yù)充填層功能和過(guò)濾器的功能。
在本發(fā)明的另一個(gè)替代實(shí)施方案中，不使用心軸而該燒結(jié)金屬濾砂器端部具有帶螺紋的銷(xiāo)套連接附件，該具有附件的端部是與管形的中間段一體形成的，這樣該濾砂器的外表面上就完全沒(méi)有焊縫和表面變形了。在此一體結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案中，該燒結(jié)金屬濾砂器具有最大的內(nèi)孔徑和最小的外徑。
因?yàn)槁菪卫p繞的金屬線(xiàn)和軸向布置的間隔棒都不用了，因此該燒結(jié)金屬濾砂體可以有預(yù)充填礫石的作用但仍具有所要求的孔隙度而不致減少生產(chǎn)所需的開(kāi)孔尺寸。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于熟悉本行業(yè)的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)，在閱讀了后面結(jié)合附圖敘述的詳細(xì)說(shuō)明以后，就可以充分地體會(huì)出來(lái)。


圖1是簡(jiǎn)化了的示意圖，它示出含油氣地層的垂直斷面，地層中開(kāi)有一口已建成的生產(chǎn)井，井中裝有多個(gè)按照本發(fā)明的濾砂器;
圖2是一個(gè)裝配在支承心軸上的部分切開(kāi)了的燒結(jié)金屬濾砂器的透視圖;
圖3是圖2中所示的濾砂器的部分切開(kāi)的正視圖;
圖4是圖3中沿4-4線(xiàn)切開(kāi)的斷面圖;
圖5是圖4中沿5-5線(xiàn)切開(kāi)的斷面圖;
圖6是具有整體形成的端部結(jié)構(gòu)的燒結(jié)金屬濾砂器的部分切開(kāi)正視圖;
圖7是與圖6相似的視圖，圖中燒結(jié)金屬濾砂器的內(nèi)孔直徑放至最大;
圖8是根據(jù)本發(fā)明制成的燒結(jié)金屬濾砂器的外表面區(qū)的放大了的顯微圖;
圖9是簡(jiǎn)化了的斷面圖，示出了裝在水平完井中的按本發(fā)明的燒結(jié)金屬濾砂器;
圖10是兩個(gè)裝在一起并由心軸支承著的燒結(jié)金屬濾砂器的部分切開(kāi)、部分?jǐn)嗝娴恼晥D;
圖11是簡(jiǎn)化了的斷面圖，圖中示出未下套管的水平完井;
圖12是簡(jiǎn)化了的示意圖，圖中示出在薄油氣層中的水平生產(chǎn)完井。
在下面的說(shuō)明中，類(lèi)似的部件都用同一個(gè)代號(hào)來(lái)表示，為了很清楚地顯示本發(fā)明的一些細(xì)節(jié)和特征，附圖不是按比例尺畫(huà)的，某些部分是放大了的。
現(xiàn)參閱圖1，地層10中穿過(guò)一口生產(chǎn)井12。一串油井套管14穿過(guò)多層頂巖16，再穿過(guò)含油氣層10，然后穿過(guò)一層或幾層底巖18。穿過(guò)含油氣層10的那段套管14壁上開(kāi)有許多穿透的孔20，以便附近含油氣的地層10中的地層流體可以流入套管。套管14的下端裝有一個(gè)井底封隔器22，該井底封隔器22與套管14的內(nèi)壁形成密封連接，最好位于低于含油氣層10的標(biāo)高處。
含油氣層夾在頂巖16和底巖18之間，后兩者是典型的不透水粉砂巖或其他不含油氣的巖石。本發(fā)明的濾砂器特別適合于在水平延伸的含油氣層中使用，例如在圖中所示出者，其厚度在100英尺左右(約30米)到500英尺左右(約152米)。為了說(shuō)明起見(jiàn)，假定該含油氣層10在地面下7500英尺(約2286米)深處，具有約2000磅/英寸2(約140公斤/厘米2)的油層壓力和約130°F(約54℃)的油層溫度。含油氣層10上面的頂巖16和下面的底巖18都是不透氣的。
建成后的生產(chǎn)井內(nèi)裝有多個(gè)管形濾砂器S1、S2、S3、S4，這些濾砂器由下部生產(chǎn)套管24支承，著該生產(chǎn)套管24懸掛在生產(chǎn)封隔器26上。生產(chǎn)封隔器26含有錨定卡瓦28和彈性密封件30。生產(chǎn)封隔器26以可松開(kāi)的方式密閉性地?fù)巫≡谟途坠?4的內(nèi)壁上。通過(guò)濾砂器S1-S4和生產(chǎn)套管24收集到的地層流體流經(jīng)上部套管32到達(dá)井口置34。井口裝置34支承著生產(chǎn)套管32的上端并封閉套管14。地層流體36經(jīng)由管道38送到地面儲(chǔ)槽內(nèi)。
現(xiàn)參閱圖2 3、4和5。濾砂器S1與濾砂器S2、S3、和S4是同型的。濾砂器S1有一個(gè)管形的心軸40，在該心軸上套有一個(gè)按規(guī)定長(zhǎng)度，例如20英尺(6米)制作的管形濾砂體42。該管形心軸徑向地開(kāi)有流通孔44，這些流通孔44沿著心軸40長(zhǎng)度上的平行螺旋線(xiàn)開(kāi)設(shè)。徑向流通孔44是使能夠通過(guò)外層的燒結(jié)金屬濾砂體42的流體都流入心軸。流通孔可以按任何排列方式開(kāi)設(shè)，也可以有任何個(gè)數(shù)，例如每英尺29個(gè)孔(每米95個(gè)孔)，總之要能滿(mǎn)足預(yù)期流入生產(chǎn)套管24的地層流體量通過(guò)所需的流通面積。
帶孔的心軸40最好具有一個(gè)帶螺紋的銷(xiāo)連接端46，而在其另一端則有一個(gè)帶螺紋的接箍48，以供與生產(chǎn)套管24或與其他濾砂器連接。燒結(jié)金屬濾砂體42則是通過(guò)其兩端的環(huán)形焊縫50同心軸40聯(lián)結(jié)的。
該濾砂體42是一個(gè)允許流體流過(guò)它的微孔，但能阻攔顆粒通過(guò)的物體。它是同心軸40分開(kāi)制成的。在推薦的實(shí)施方案中，該濾砂體42是由金屬粉末燒結(jié)成的單元多孔體。使用的金屬粉末最好是一種耐腐蝕的金屬，諸如不銹鋼、鎳、鎳鉻合金，例如以商品名“蒙乃爾合金”(Monel)和“因科鎳合金”(Inconel)出售的合金。該燒結(jié)金屬濾砂體42最好具有孔徑為100-150微米，相當(dāng)于40-60目篩孔的基體。
該燒結(jié)金屬的管形濾芯42是用等靜壓成型技術(shù)制成的。使用該技術(shù)時(shí)，將具有合適粒度的金屬粉末，例如0.001-0.002英寸(0.0254-0.0508毫米)的不銹鋼碎料，倒入合適長(zhǎng)度和直徑的管狀模子內(nèi)，然后將在模子內(nèi)的金屬粉末加壓20分鐘至2個(gè)小時(shí)，壓力為65，000磅/英寸2(4，569公斤/厘米2)，使之形成一根金屬粉末構(gòu)成的管子。然后將這根壓成的管子移置入一臺(tái)燒結(jié)爐，在爐內(nèi)加熱到1，600-1，800°F(871-982℃)。完成燒結(jié)以后，該壓成的管子被冷卻并接受進(jìn)一步的加工，包括切割至所需的長(zhǎng)度并在兩端形成帶螺紋的銷(xiāo)箍接頭。
由于采用了上述的燒結(jié)工序，完全由燒結(jié)的金屬粉末做成的濾砂體42是一個(gè)治金學(xué)上一體的剛性的管子結(jié)構(gòu)。在加熱工序中，集在一起的金屬碎料由于原子間的擴(kuò)散作用而粘結(jié)起來(lái)，原子擴(kuò)散是高壓高溫下將顆粒燒結(jié)時(shí)的一種現(xiàn)象。形成的物體的孔隙度是與原始的顆粒度和成型時(shí)使用的等靜壓成比例的。使用的不銹鋼碎料的長(zhǎng)度是0.001-0.002英寸(0.0254-0.0508毫米)，當(dāng)它們?cè)?0，000磅/英寸2(4，218公斤/厘米2)的壓力下壓制成型并在1，800°F(982℃)下，亦即是前面提到的條件下，燒結(jié)后，所形成的孔隙約100微米，相當(dāng)于40目的篩孔。
希望得到能允許74-100微米粒徑的細(xì)砂通過(guò)的孔徑，這是在油井進(jìn)行生產(chǎn)初期所產(chǎn)生的細(xì)砂粒的粒徑，此時(shí)礫石充填層還未最終固化，因而產(chǎn)品還不是十分干凈。相應(yīng)地，在某些場(chǎng)合下，希望將孔徑增至100-200微米，這樣的孔徑將會(huì)允許粒徑為74-100微米的細(xì)砂粒通過(guò)。這種粒徑的砂粒將會(huì)在礫石充填層固化前引起堵塞。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，該燒結(jié)金屬的濾砂體42要經(jīng)受一道電拋光的工序來(lái)增加它的孔徑，使之達(dá)到具有相當(dāng)于40-60目篩孔有效直徑，亦即是孔徑為100-200微米，其平均孔徑在150微米左右。
在推薦的實(shí)施方案中就是將燒結(jié)金屬濾砂體42進(jìn)行電拋光的。電拋光是一種電化學(xué)過(guò)程，在該過(guò)程中金屬被電流帶走，而不是被其沉積。在進(jìn)行電拋光時(shí)，燒結(jié)金屬體42作為陽(yáng)極放入一個(gè)合適的電解池，當(dāng)通以電流時(shí)，燒結(jié)體42的整個(gè)表面上形成一層極化的薄膜。在燒結(jié)的金屬濾砂體表面上的微型凹坑處的極化薄膜厚度最大，而在微凸出點(diǎn)上的薄膜厚度最小。在極化薄膜最薄處的電阻值最低，因此金屬的溶解率最高。這樣，在電拋光過(guò)程中，那些微型凸出點(diǎn)比微型凹坑處的金屬消失得快得多，從而形成一個(gè)非常平滑和光亮的表面。
電拋光帶來(lái)的一個(gè)意外的好處，是當(dāng)燒結(jié)體上凹坑內(nèi)的金屬被消蝕時(shí)，它擴(kuò)大了孔徑。按上述例子中的用0.001-0.002英寸(0.0254-0.0508毫米)不銹鋼碎料在60，000磅/英寸2(4，218公斤/厘米2)壓力下成型燒結(jié)后的濾砂體42來(lái)說(shuō)，得到的原始平均孔徑為100微米或更小一些，但當(dāng)進(jìn)行電拋光使其表面光滑化以后，其平均孔徑被擴(kuò)大到150微米，相當(dāng)于40-60目的篩孔。
電拋光帶來(lái)的后果是，由于去掉了毛刺、金屬末和嵌置在表面內(nèi)的刮削性顆粒，該物體的抗腐蝕性提高了。由于電拋光將管形濾芯42表面上的損傷以及表皮內(nèi)的冷作效應(yīng)去除了，因而消除原先存在的內(nèi)應(yīng)力。此外，電拋光可使燒結(jié)金屬體具有非顆?；谋砻?，使原先外表面上的暴露面積減少90%。去掉了表面上的不平整處以后，可使粒度為74-100微米的顆粒被俘獲住的立足點(diǎn)很少存在，也就是消除了引起堵塞的顆粒滯留點(diǎn)。電拋光還降低了燒結(jié)金屬濾砂體外表面的摩擦阻力系數(shù)，因?yàn)槊诘耐怀鳇c(diǎn)不是被去除，就是被圓整了。
現(xiàn)參閱圖6和圖7，圖中示出了燒結(jié)金屬濾砂器的代替實(shí)施方案52和54，在這兩個(gè)實(shí)施方案中，心軸40不用了。而燒結(jié)金屬濾砂體42的兩端帶有螺紋段56、58，以供與一個(gè)帶內(nèi)螺紋的套管連接。濾砂器54也類(lèi)似地帶有螺紋段60、62以供與帶內(nèi)螺紋的套管連接。在圖6所示實(shí)施方案中，濾砂體42具有加至最大的徑向厚度以取得最大的機(jī)械強(qiáng)度和抗機(jī)械應(yīng)力的能力，其內(nèi)孔52A也加至最大了。
在圖7所示的濾砂器54的壁厚減薄，以使其內(nèi)孔直徑54A能放大。在圖7中的結(jié)構(gòu)型式下，濾砂器54具有最大的內(nèi)孔直徑和最小的外徑。
圖8所示的顯微圖是將濾砂體42經(jīng)過(guò)電拋光處理后使基體內(nèi)的微孔擴(kuò)大后的圖象?？梢钥闯鲭m然顆粒本身形狀是不規(guī)則的，但每個(gè)顆粒42A的邊緣都變得圓滑了;這些顆粒的平均粒度在100至200微米左右。
現(xiàn)在參閱圖9、圖10、圖11和圖12，它們示出了裝在水平完井內(nèi)的多段濾砂器S1、S2、S3……串接的狀況。在圖9中，串接的濾砂器S1、S2、S3……設(shè)置在水平井孔64內(nèi)，該井孔鉆在一個(gè)狹小的生產(chǎn)性地層66內(nèi)。該水平延伸的地層66的深度20尺至500英尺(約6米至152米)之間，其典型的水平延伸范圍在500至4000英尺(約152米至1220米)。該水平的井孔用一根開(kāi)槽的套管68支撐著，該套管是在水平孔內(nèi)由可充氣的環(huán)形封隔器70支承著的。這些封隔器將裂縫區(qū)分隔開(kāi)。
在圖11中，燒結(jié)金屬的濾砂器S1、S2、S3裝在一個(gè)未下套管的水平鉆孔72內(nèi)，該鉆孔水平地穿過(guò)一個(gè)未經(jīng)固結(jié)的地層74。礫石76被充塞到濾砂器S1、S2和S3之間的環(huán)形空間內(nèi)以支撐住其周?chē)奈唇?jīng)固結(jié)的地層74。
在圖12中，是由多個(gè)具有圖7所示的一體形成的連接段的燒結(jié)金屬濾砂器54，構(gòu)成了長(zhǎng)達(dá)數(shù)百英尺的濾砂段，裝設(shè)在一個(gè)水平完井內(nèi)穿過(guò)三個(gè)生產(chǎn)性地層的情景。
本發(fā)明的燒結(jié)金屬濾砂器為石油生產(chǎn)工業(yè)提供了顯著的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。該多孔性的燒結(jié)金屬濾砂器通過(guò)電拋光工藝保持了合適的孔徑，從而可以排除預(yù)先規(guī)定粒度的細(xì)砂;它具有與常規(guī)的線(xiàn)繞式濾網(wǎng)相當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度而且具有固有的穩(wěn)定性，并且不需金屬線(xiàn)、骨料、間隔條等材料。濾砂器表面上的不規(guī)則處由拋光去除了，從而減少了顆粒的立足點(diǎn)因而可以避免細(xì)砂卡住而引起的堵塞。
濾砂器的燒結(jié)金屬原料是一種抗腐蝕的合金碎料，因此濾砂器可抗拒酸侵蝕和活性物質(zhì)的影響，也經(jīng)得住井下的高氯化物和高溫的考驗(yàn)。
由于該燒結(jié)金屬濾砂器可以制造成20～30英尺(6～9米)，甚至更長(zhǎng)些的成品，它具有相對(duì)大的流入表面積，這一特點(diǎn)特別適用于地層流體流入速度較低的完井內(nèi)，例如，用在水平完井內(nèi)。
此外，該濾砂器是用具有固有穩(wěn)定性的原料燒結(jié)而成的，它可以在模具中成型、車(chē)削、攻螺紋、按尺寸切割、焊接等按照常規(guī)的制造工藝?yán)贸Ｒ?guī)的工具如同生產(chǎn)常規(guī)的管子一樣來(lái)加工。燒結(jié)成的管子可以加工成所需的長(zhǎng)度，如同加工一般管子一樣。另外，該管形的濾砂器還可以加工成具有一體的螺紋銷(xiāo)套連接件，以與常規(guī)的生產(chǎn)用管件相連接。
本發(fā)明結(jié)合著一些實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，也描述了它們用于垂直的和水平完井中的方式。對(duì)公開(kāi)了的實(shí)施方案作各種修改以及在完井中的不同使用方式對(duì)于本行業(yè)中專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)都是可以設(shè)想的。因此本說(shuō)明書(shū)所附的權(quán)利要求將包括這一類(lèi)符合本發(fā)明精神和范圍的修改或變型實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)金屬濾砂器，是用于從地層流體中分離顆粒物質(zhì)的井下過(guò)濾裝置，它包括一根心軸，其管形的外壁上開(kāi)有軸向分布的、徑向穿透的孔，以及一個(gè)能使地層流體透過(guò)但能阻住顆粒通過(guò)的裝在該心軸上的過(guò)濾體，其特征在于所述的阻住顆料通過(guò)的過(guò)濾體是一個(gè)金屬粉末燒結(jié)成的管形件；該燒結(jié)金屬的管形件的外表面經(jīng)過(guò)電拋光工藝的平整處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的井下過(guò)濾裝置，其特征是，所述的金屬粉末是不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的井下過(guò)濾裝置，其特征是，所述的金屬粉末是鎳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的井下過(guò)濾裝置，其特征是，所述的金屬粉末包含鎳鉻合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的井下過(guò)濾裝置，其特征是，所述的金屬粉末包含金屬碎料，其平均長(zhǎng)度在0.001～0.002英寸(0.0254～0.0508毫米)范圍內(nèi)，其直徑顯著地小于其長(zhǎng)度。
6.一種燒結(jié)金屬濾砂器，用于在水井、油井、氣井和回收井中將流入的井下流體中所含的未固結(jié)物料進(jìn)行分離的井下過(guò)濾器，其特征在于，它是由金屬粉末燒結(jié)而成的一個(gè)管形的多孔體，該燒結(jié)金屬的多孔體有一個(gè)經(jīng)過(guò)電拋光工藝平整處理過(guò)的外表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的井下濾砂器，其特征是，所述的金屬粉末是不銹鋼。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的井下濾砂器，其特征是，所述的金屬粉末是鎳。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的井下濾砂器，其特征是，所述的金屬粉末包含鎳鉻合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的井下濾砂器，其特征是，所述的金屬粉末包含金屬碎料，其平均長(zhǎng)度在大約0.001到大約0.002英寸(0.0254～0.0508毫米)范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的井下濾砂器，其特征是，所述的管形多孔體的兩端分別形成帶螺紋的配件，以供與具有螺紋的連接套管相連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的井下濾砂器，其特征是，所述的管形多孔體具有一個(gè)位于第一和第二徑向呈階梯形的端部段之間的中間段，所述的第一和第二徑向呈階梯形的端部段各自有一個(gè)帶螺紋的、供與具有螺紋的連接套管相連接的配件。
13.一種燒結(jié)金屬濾砂器的制造方法，包括下列步驟形成一個(gè)一體的、金屬粉末燒結(jié)成的管形多孔體;以及對(duì)所述的管形體進(jìn)行電拋光。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的制造井下濾砂器的方法，其特征是，所述的步驟里由下列內(nèi)容完成的將金屬碎料放入一個(gè)模子;向模子內(nèi)的金屬碎料施加壓力，直至這些碎料交錯(cuò)地連結(jié)起來(lái);將壓制成型的碎料放入爐內(nèi)焙烤，使用的溫度要足以使碎料變成帶有粘性并互相粘合起來(lái)，從而形成一個(gè)按冶金學(xué)是一體的、多孔的結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的制造井下濾砂器的方法，其特征是，所述的成型步驟是由下列內(nèi)容完成的制造平均長(zhǎng)度約為0.001英寸至0.002英(0.0254～0.0508毫米)范圍內(nèi)的金屬碎料;向置于模子內(nèi)的金屬碎料施加大約60000至65000磅/英寸2(約4，218～4，571公斤/厘米2)的壓力;以及將壓制成型的碎料放在爐內(nèi)培烤，使用的溫度在大約1600～1800°F(871～982℃)，直至碎料變成帶有粘性并互相粘合起來(lái)。
16.一種具有流體能通過(guò)、但顆粒被阻住的物體構(gòu)成的供用于從地層流體內(nèi)清除未固結(jié)物料的改進(jìn)型井下濾砂器，其特征在于，該阻擋顆粒通過(guò)的物體是一個(gè)金屬粉末燒結(jié)成的管形多孔體，其制造包括下列幾個(gè)步驟將平均長(zhǎng)度約為0.001至0.002英寸(0.0254～0.0508毫米)的金屬碎料放入一個(gè)模子;向模子內(nèi)的金屬碎料施加壓力，直至這些碎料交錯(cuò)地連接成一個(gè)結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定的一體;以及將壓制成形的碎料放入爐內(nèi)焙烤，使用的溫度要足以使碎料變成帶有粘性并互相粘合起來(lái)，從而形成一個(gè)按冶金學(xué)是一體的、多孔的結(jié)構(gòu)，其在流通截面上的孔徑在74～100微米之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的井下濾砂器，其特征是，它包括將所述的管形井下過(guò)濾體進(jìn)行電拋光的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的井下濾砂器，其特征是，所述的電拋光進(jìn)行到直至所述的管形體內(nèi)的流通截面上的平均孔徑被擴(kuò)大到在流通截面內(nèi)的尺寸為100～200微米之間，形成相當(dāng)于40～60目的有效篩孔。
全文摘要
一種用金屬碎料模壓并燒結(jié)成型的。按冶金學(xué)是一體的剛性管狀結(jié)構(gòu)(42A)的濾砂器(42)。金屬顆粒，例如不銹鋼碎料在高壓高溫條件下成型并燒結(jié)，通過(guò)原子間的擴(kuò)散作用粘接起來(lái)，該燒結(jié)的金屬濾砂器通過(guò)電拋光處理后形成40～60目的有效篩孔，其孔隙(42B)的平均孔徑為150微米。電拋光將表面上的大部分不規(guī)則起伏去除了，使得粒經(jīng)在74～100微米的細(xì)砂很少有立足點(diǎn)以卡住或堆積起來(lái)堵塞該過(guò)濾器。
文檔編號(hào)C25F3/24GK1060886SQ9110923
公開(kāi)日1992年5月6日 申請(qǐng)日期1991年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月22日
發(fā)明者布賴(lài)恩特·A·阿特伯里, 詹姆斯·E·斯潘格勒 申請(qǐng)人:奧蒂斯工程有限公司