本发明涉及一种井筛，该筛适合用于包括石油、天然气、水和污染物处理井。 现有技术中，已知的筛和过滤装置有很多种，它们被用来从油、天然气、水和污染物处理井中除去沙子和其他固体，并同时对地下地质构造进行支撑。这些装置经常和过滤辅助物-诸如砂石和/或沙子-一起使用，这些过滤辅助物被包含在装置之内或被单独放置在该装置的周围。
缠绕着线材的筛和预先包装的筛，是用于钻孔内的装置的例子。该钻孔可以是打开的或带有在对该装置进行定位之前用水泥制成并开出孔的井壁或井衬。在这些筛中的开口，被用来停止或分流包含在流体或气体中不希望的固体。
筛和井衬经常被过滤辅助物所包围。该过滤辅助物一般由砂石组成。当与过滤辅助物或砂石一起使用时，在筛和衬上的开口被用来停止或分流过滤辅助物，且过滤辅助物被用来停止或分流包含在所生产的流体或气体中的固体。
如图17所示，传统的井筛的筛单元通常由5至10米地段（接合体）组成，且在各个端有短的空白（非筛）管。在各端的短的空白管b的作用，是（1）提供在井的位置将接合体连接在一起的装置且（2）便于在将接合体组装起来以放置到井中时将各个筛接合体保持在井口中。
在筛的各个接合体或端部的空白部分的长度，必须足够地长，以容纳连接接合体所需要的螺纹，而且必须足够地长以容纳用于在接合体被连接在一起的同时将各个接合体从设置在井口周围的钻机的顶部放置到井口中所需要的空间。在两个接合体被连接在一起时，总的空白长度一般为0.5至1米。
由连接在一起的筛单元组成的筛，被从钻机下放进井孔中并被定位在井孔的中心，并被放置到与产生流体或气体的地下构造相邻的位置，从而流体或气体可以沿着径向流过筛。该筛防止了不希望的固体颗粒的进入，并允许流体或气体流入到筛中以将其移送到地面上。
这种传统的井筛经常遇到一个问题，是在钻井现场将相邻的筛单元连接在一起并将连接好的筛单元放到井中去，需要大量的时间和劳动。
为了改善油井生产的效率，一种越来越显著的倾向，是从与纵向偏离45度至90度的大角度井中通过将井筛放置在该大角度井中来生产石油。在这种大角度井中，筛的长度经常达到2000米以上，且在采用这种非常长的筛的井中，在现场一个接一个地连接筛单元所需要的劳动是一个严重的问题。
大角度井的另一个问题，是砂石由于筛的空白部分的存在而不能被均匀地填充。
砂石一般在位于筛与井孔之间的环行空间-在该环行空间中携带着砂石的流体通过筛流动-中得到了最为紧密的填充。因此，砂石在空白部分周围的环行区域中不能象在筛部分周围的环行空间中那样得到紧密的填充。在纵向井孔中，砂石可以借助重力而被填充到空白部分中并达到一定的紧密程度，但在大角度井口中，如图18所示，砂石h由于重力的作用而移向井孔w的底侧，因而不能被填充到空白部分b周围的空间中，因而在空白部分b的附近产生了未填充有砂石的空间i。
因而在筛/井孔环行空间中的砂石，在井投产之后可以移动和坍塌，且这可形成空隙或未得到填充的环行空间。其中砂石没有被紧密填充的环行区域，为来自不坚实的沙子构造的沙子或固体进入井孔并侵蚀筛、堵塞筛的开口和/或以不希望的固体填充井孔的内部，提供了通道。
Jones，L.G.的美国专利第4，945，991号“Methods for Gravel Packing Wells”公布了一种大体上的为矩形的筛，它具有带孔的分路管，该管沿着纵向在筛的整个长度上与筛的外界相连，并在连接在一起的所有筛部分之间进行连接，以为带有砂石的流入筛/井孔环行空间的填充空隙或未填充区域提供流动通路。这种装置使得砂石/流体稀浆能够通过在筛之上或附近的多个流动通路而进入和流动，并随后流到筛/井孔环行空间或多个附属的带孔分路管中。稀浆在带孔的分路管中的脱水，由于这些管中带孔区域是有限的，且由于砂石稀浆向筛/井孔环行空间中的流动，而得到了防止，因而砂石稀浆在带孔分路管中不太可能被脱水，并更可能持续流过该分路管，直到到达没有砂石或未被砂石所完全填充的筛/井孔环行空间附近，在带孔分路管中的砂石稀浆随后将流入未完全填充有砂石的环行空间。
美国专利4，945，991号的一个问题，是它需要太多的时间和劳动来在钻井现场组装该装置，且将该装置放置到井下也是非常麻烦的。另外，很难在该装置被卡在井中或其需要修理的情况下将其从井孔中取出。将各个相邻的分路管在组装筛并将其放置到井下的同时连接起来，也是非常麻烦的工作。另外，在各个筛单元的端部的空白部分没有使流体在填充砂石期间或在井的生产开始之后能够流过的筛。日本专利申请特开平6公布了一种井筛，它包括一条稀浆流动通路，且其中为了消除上述美国专利的缺点，在筛线材的内侧设置了砂石供应管和使这些供应管与外部相连的开口。
然而，这种装置没有解决上述的需要大量的时间和劳动来连接相邻的筛单元和分路管的问题。
日本专利申请公布了一种井筛，它包括沿着筛单元的各个连接部分的圆周方向设置并沿着筛单元的轴向方向延伸的支撑杆，和绕在这些支撑杆的外表面上的具有预定的宽度的缝的线材，而在连接部分上形成有开口以使流体能够在筛单元的外部与内部之间流动。这种井筛使砂石在井的环行空间的整个范围内能够得到有效的填充。然而，在这种井筛中，接合相邻的筛单元需要大量的时间和劳动的问题仍然没有得到解决。
因而，本发明的一个目的，是提供一种井筛，它能够减小在钻井现场连接筛单元并将连接的筛单元放置到井下所需要的时间和劳动。
本发明的另一个目的，是提供一种井筛，它能够使砂石在筛与井之间的环行空间的整个范围内得到有效的填充，而不需要太多的时间和劳动来连接相邻的筛单元。
本发明的再一个目的，是提供一种井筛，它具有适当的结构，从而便利了实现上述目的井筛的制造，并提供了用于制作这种筛的方法。
本发明的其他目的和特征，通过以下的描述，将变得更为明显。
实现本发明的第一个目的的井筛，包括一个以螺旋的形式卷绕的拉长的和柔性的管形筛部件。
根据本发明，该井筛可以通过仅将螺旋形的筛连续地打开并将打开的筛放置到井下，而被设置在井中。将筛单元连接在一起的麻烦工作（例如将相继的筛单元的端部通过螺丝连接在前一个筛的端部）能够得到消除，从而能够大大减少安装井筛所需的时间。另外，连接相邻的筛单元所必须的钻机不再是必须的，因而节省了设置井所需的成本。
根据本发明的一个方面，管形的筛部件包括被设置成筒形并沿着筛的轴向延伸的支撑装置和设置在该支撑装置的外周边上以形成具有预定宽度的缝的线材装置。
根据用于实现本发明的第一和第二目的的一个方面，该支撑装置包括：支撑杆，这些支撑杆沿着筛的圆周方向以预定的间隔设置，并沿着筛的轴向在其整个长度上延伸;以及，线材装置，它包括螺旋地缠绕在支撑杆的外周边上的线材。
根据本发明的这个方面，由于没有用于将筛中的筛单元连接在一起的空白部分，因而砂石能够在筛与井孔之间的整个环行空间范围内得到最有效的填充。
在本发明的另一个方面，管形的筛部件包括：多个筛单元，其每一个都包括以预定间隔沿着筛的圆周方向设置并沿着筛的轴向设置的支撑杆;以螺旋的方式设置在该支撑杆的外周边上以形成具有预定间隔的缝的线材;以及，一对端环，支撑杆的端部就被固定在该端环上，且这些筛单元中相邻的筛单元在这些端环上连接在一起。
在本发明的另一个方面，该管形的筛部件包括多个筛单元，这些筛单元中的每一个都包括：以螺旋的方式卷绕以形成具有预定的间距的支撑杆;沿着圆周方向平行设置以形成具有预定宽度并沿着轴向延伸的缝;以及一对端环，支撑杆就被固定在这些端环上，且筛单元中相邻的筛单元在这些端环处被连接在一起。
在本发明的用于实现本发明的第一至第三个目的一个方面，该管形的筛部件包括带形的板材，该板材由以预定间隔平行设置的长支撑杆和杆形的线材组成，这些杆沿着与支撑杆交叉的方向设置且被焊接在这些支撑杆上，所述板材以这样的方式被弯曲且环绕成螺旋的形状，即板材的沿着其纵向的一个侧边缘与该板材的另一个侧边缘邻接并焊接在一起。
根据本发明的这个方面，通过采用较小的筛生产线，在不需要巨大的长生产线的情况下，能够生产出大长度的螺旋井筛。
在本发明的另一个方面，用于实现本发明的第一个目的的螺旋形井筛包括一个柔性拉长的带孔的管，它带有预定间隔的开口和设置在其外周边上的管形的筛部件，该带孔的管和管形的筛部件被卷绕成螺旋形。
该管形的筛部件可以包括以螺旋的方式卷绕在带孔管的外周边上以形成具有预定宽度的缝。
该拉长带孔的管可以由带孔的金属板材构成，该板材被以这样的方式弯曲成螺旋形，即该金属板材的一个侧边缘沿着纵向邻接并被焊接在该金属板材的另一个侧边缘上。
在本发明的一个方面，管形的筛部件包括：带形的板材，它由以预定间隔平行地设置的长支撑杆组成;以及，杆形的线材，这些线材被沿着与支撑杆交叉的方向设置并被焊接到这些支撑杆上，所述板材被以这样的方式以螺旋的方式卷绕在带孔管的外周边上，即该板材的一个侧边缘沿着该板材的纵向邻接并被焊接在该板材的另一侧边缘上。
在本发明的一个方面，管形的筛部件包括：带形的板材，该板材包括以预定间隔平行设置的长支撑杆;以及，杆形的线材，这些线材被沿着与支撑杆交叉的方向设置并被焊接在这些支撑杆上;所述板材被以这样的方式以螺旋的方式卷绕在带孔管的外周边上，即该板材的一个侧边缘沿着该板材的纵向邻接并被焊接在该板材的另一个侧边缘上。
在本发明的另一个方面，金属板材具有沿着纵向以预定间隔延伸的突出部，且管形的筛部件由杆形的线材组成，这些线材被沿着与这些突出部交叉的方向设置以形成具有预定宽度的缝并被焊接在这些突出部上。
通过用带形的板材形成带孔的管和/或管形的筛部件并将这种板材弯曲并卷绕成螺旋形，并在需要时使该板材的一个侧边缘沿着纵向邻接并被焊接在该板材的另一个侧边缘上，可以通过只采用较小的生产线制成具有任何所希望的长度的筛。
在本发明的另一个方面，管形的筛部件包括：平行设置在带孔的管的周边上的线材，这些线材形成具有预定宽度的缝并沿着筛的轴向延伸;以及，以预定间距卷绕在线材的外周边上的支撑杆。
下面结合附图描述最佳实施例。
在附图中：
图1是立体图，显示了根据本发明的螺旋形井筛的一个实施例;
图2是该实施例的部分剖视图;
图3是本发明的另一实施例的部分剖视图;
图4A和4B显示了本发明的另一实施例，其中图4A是正视图而图4B是侧视图;
图5是立体图，显示了用在本发明的另一实施例中的带形的板材;
图6是立体图，显示了用在同一实施例中的管形的筛部件;
图7是立体图，显示了用于制造该实施例的板材的方法;
图8A和8B显示了本发明的另一实施例，其中图8A是侧视图，而图8B是正视图;
图9A和9B显示了本发明的另一实施例，其中图9A是正视图而图9B是侧视图;
图10是部分剖视图，显示了本发明的另一实施例;
图11是部分剖视图，显示了本发明的另一实施例;
图12示意地显示了用于制造图10另一个侧边缘筛的一种方法;
图13示意地显示了用于制造井筛的另一实施例的方法;
图14是立体图，示意地显示了用于制造用在该井筛的另一实施例中的带孔的管的一种方法;
图15是立体图，示意地显示了用于制造图14的实施例的一种方法;
图16是立体图，显示了本发明的另一实施例;
图17显示了传统的井筛;以及
图18显示了在采用传统的井筛的情况下填充砂石的状态。
图1是立体图，示意地显示了根据本发明的螺旋形井筛的基本概念。
在图1的实施例中，一个螺旋形筛1由所需数目的筛单元2构成;筛单元2由诸如钢杆的柔性材料和线材制成，且如图2的部分剖视图所示，这些筛单元2在端环3处被焊接在相邻的筛单元上。如此彼此相连的筛单元2组成了长管形的筛部件4，它绕着一个鼓5而被卷绕成螺旋形。
如图2所示，各个筛单元2包括：沿着筛单元2的轴向延伸并沿着圆周方向以预定间隔设置成筒形的支撑杆6;楔形线材8，该楔形线材8被卷绕在支撑杆6的外周边上以形成具有预定宽度的螺旋缝7;以及，设置在筛单元2的一端上的端环3，支撑杆6的端部就连接在支撑杆6的该端环3上。制备所需数目的筛单元2，且一个筛单元2和相继的筛单元2在相邻的端环3处被焊接在一起以形成一个整体的管形筛。因此，所需的所有筛单元2都被相继地串联连接在一起，且所完成的筛部分相继地被卷绕在鼓5上以形成卷绕在鼓5上的螺旋形筛1。
各个筛单元2必然是充分地柔性和弹性可变形的，以便能够被卷绕在鼓5上。支撑杆6和线材8的材料和大小根据这些要求来选择。作为支撑杆6和线材8的材料，诸如碳钢、不锈钢和镍钢、在其柔性和强度上是适合的。
图3显示了本发明的另一实施例。在这个和随后的实施例中，与图1和2中相同的部件用相同的标号表示，并省略了对它们的详细描述。
在图3所示的实施例中，各个筛单元2包括：以螺旋的方式卷绕以形成具有预定间距的支撑杆9;沿着轴向延伸的线材10，线材10沿着圆周方向彼此平行地被设置在支撑杆9的外周边上，以形成具有预定宽度的缝。这些筛单元2在端环3处被焊接在一起，且完成的部分象在图2的实施例中那样被相继地缠绕在鼓5上，以形成卷绕在鼓5上的螺旋形筛。
图4A是本发明的另一实施例的正视图，而图4B是该实施例的侧视图。
该实施例适用于具有较小的总长度的螺旋形井筛。该筛由设置成筒形的支撑杆6和缠绕在支撑杆6的外周边上的线材8构成-这些支撑杆6在螺旋形筛的整个长度上都是连续和无接合点的，以形成螺旋形的缝8a。该实施例与图1和2的实施例以及图3的实施例的不同，在于它没有在那里需要进行焊接的端环3，3构造的空白部分。该实施例因而具有以下的优点，即当它被安装在井中时，砂石能够在筛与井孔之间的整个环行空间中得到有效的填充。然而，在此实施例中，不能象在图1至3的实施例中那样在筛单元2至另一筛单元的焊接完成时将该筛相继地缠绕在鼓5上。相反，在制作工场需要长的生产场地。例如，长度为几十米的支撑杆6的起点被一个可滑动地设置在该生产现场的固定卡盘所固定，且线材8被卷绕在这些支撑杆6周围，并在支撑杆6绕着筛的轴转动并被沿着生产现场滑动的固定卡盘移动的同时，在一个静止的焊接站被焊接到支撑杆6上。在完成了一定长度的线材8至支撑杆6上的焊接之后，固定卡盘被释放并被移回到起始点，以在下一轮焊接的起始点附近固定住支撑杆6。随后，在固定卡盘拖拉支撑杆6的同时，焊接工作重新开始。在该随后的焊接工作中，需要对线材8的焊接已经完成的支撑杆6的自身转动的端部进行支撑。以此方式，可以制造几十米的筛。在需要制造总长度为几百或几千米的筛时，实际上不可能提供能够延伸这样长距离的夹具。在制造具有这样大的长度的筛时，更实际的是采用这样的制造方法，即如图1至3所示，筛单元2被相继地连接并被在连接起来时相继地缠绕在鼓上。
图5至7显示了本发明的另一实施例。图5是立体图，显示了支撑杆和线材的带形板材;图6是立体图，显示了通过将这种带形板材弯曲成螺旋形而形成的管形的筛部件;且图7是立体图，显示了制造这种带形板材的方法。
在此实施例中，管形筛部件4由带形板材14构成，而带形板材14包括以预定间隔平行设置的长支撑杆11和杆形线材13，其中杆形线材13沿着与支撑杆11交叉的方向设置以形成具有预定宽度的缝12并被焊接到这些支撑杆11上。该带形板材14以这样的方式被弯曲成螺旋形，即板材14的一个侧边缘14a沿着纵向邻接并被焊接在板材14的另一个侧边缘14b上。
为了制造板材14，例如如图7所示，用于形成支撑杆11的楔形线材被从鼓15上打开，且这些楔形线材的间隔借助梳理部件16被调节到预定间隔。形成线材13的杆形的楔形线材以预定间隔被一个一个地设置在滑动支撑杆11上，以使各个杆形线材13的突出部与各个支撑杆11的突出部相邻接且支撑杆11与杆形线材13在它们的邻接点处被焊接在一起。如此完成的这种带形板材以螺旋的形式被卷绕在一个鼓（未显示）上。
在此实施例中，可以通过将由支撑杆11和线材13构成的带形板材14从一个鼓上打开并将该带形板材14以螺旋的方式弯曲和卷绕，以通过将侧边缘14a与侧边缘14b邻接并焊接在一起并最终将该管形筛部件4卷绕在一个鼓上，而制成螺旋形筛。因此，不需要其长度与该筛的整个长度相等的生产线，而是能够通过采用较小的筛生产线生产具有任何所需长度的筛。另外，由于以此方式连续地制成的螺旋形筛没有用于焊接相邻的筛单元的空白管形部分，因而砂石在筛与井孔之间的环行空间的整个长度上都能够得到有效的填充。
图8A是本发明的另一实施例的侧视图，而图8B是其正视图。
在此实施例中，一个螺旋形井筛包括：一个柔性拉长的带孔的管18，它由碳钢或类似的材料制成，并带有具有预定间隔的开口17;以及，卷绕在带孔的管18的外周边上的线材20，用以形成具有预定宽度的螺旋形的缝19。
图9A是本发明的另一实施例的正视图，而图9B是其侧视图。
在此实施例中，一个螺旋形井筛包括：与图8A和8B的管18类似的带有开口17的拉长的带孔的管18;支撑杆21，它们以预定间隔沿着圆周方向被设置在带孔的管18的外周边上并沿着轴向延伸;以及，以螺旋的方式卷绕在支撑杆21的外周边上以形成具有预定宽度的螺旋形的缝19的线材20。这些支撑杆21和线材20构成了柔性管形部件4。
与图9A和9B的实施例相反，柔性管形部件4可以由以预定的间距以螺旋的方式卷绕的支撑杆和沿着圆周方向以预定间隔设置在螺旋支撑杆的外周边上的轴向延伸的线材组成。
由于图8和9的螺旋形井筛是通过将连续且无接合点的管形的筛部件覆盖在带孔的管上而制成的，这些筛具有这样的优点，即在该筛上没有空白的管部分，而另一方面，在生产中，必须以与图4的实施例中相同的方式沿着直线设置具有与筛的整个长度相同的长度的拉长的带孔的管18，因而该筛适合于具有较小长度的螺旋形井筛。
图10显示了本发明的另一实施例。
在此实施例中，象在图8和9的实施例中那样，一个螺旋形筛包括带有开口17的拉长的带孔的管18和具有与图2的筛单元2相同的结构的、压配在带孔的管18上的筛单元2。筛单元2在相邻的端环3处被焊接在一起。为了制造这种筛，如图12所示，带孔的管18被从一个鼓24上打开，筛单元2被相继地压配到带孔的管18上且筛单元2的相邻端环3被焊接在一起。
图11显示了本发明的另一实施例。
在此实施例中，螺旋形井筛包括具有与图10的带孔的管18相同的结构的拉长的带孔的管18和具有与图3的筛单元2相同的结构的、压配在带孔的管18上的筛单元2。筛单元2的相邻端环被焊接在一起。
图13示意地显示了用于制造根据本发明的螺旋形井筛的另一实施例的方法。
在此实施例中，螺旋形井筛是通过打开带有开口17并被卷绕在鼓24上的拉长的带孔的管18，并将从鼓26上打开的、具有与图5的带形板材14相同的结构的带形板材14以螺旋的方式卷绕在带孔的管18的外周边上而制成的。如果需要的话，带形板材14的侧边缘14a可以被焊接在其侧边缘14b上。如此形成的井筛1被卷绕在鼓27上。
图14和15显示了本发明的另一实施例。图14是立体图，显示了用于制造带孔的管的方法，且图15是立体图，显示了用于制造螺旋形井筛的方法。在此实施例中，象在图14中那样，通过从一个鼓33上打开一个由诸如碳钢制成并带有开口34的带形金属板35将该金属板35以螺旋的方式卷绕从而使一个侧边缘35a沿着纵向邻接并被焊接在另一个侧边缘35b上，而得以制成。
管形的筛部件30包括带形板材39，它如图15所示地由支撑杆36和长线材38构成;支撑杆36以预定间隔平行地设置，且长线材38沿着与支撑杆36交叉的方向设置以形成具有预定宽度的缝37并被焊接在支撑杆36上。该筛由带孔管33和以螺旋的方式卷绕在带孔的管32的外周边上的带形板材39构成。
为了制造筛1，如图15所示，卷绕在鼓33上的带形金属板35被打开并被以螺旋的方式弯曲，从而使两个侧边缘彼此邻接并被焊接在一起，从而形成了带孔的管32。同时，带形板材39被从鼓40上打开并以螺旋的方式卷绕在刚刚形成的带孔的管32的外周边上，而此时离带孔的管32的形成有一定的延迟。由此形成了管形的筛部件30。如果需要的话，管形的筛部件30的一个侧边缘可以被焊接到其另一侧边缘上。
图16是立体图，显示了本发明的另一实施例。
在此实施例中，构成带孔的管的带形金属板42带有开口48和以预定间隔设置并沿着纵向延伸的突出部43。一个管形筛部件44由沿着与这些突出部43交叉的方向设置的杆形线材46构成，以形成具有预定宽度的缝45并被焊接到这些突出部43上。
通过以这样的方式将带形金属板42弯曲成螺旋形，可以制成螺旋形筛，即使带形金属板42的一个侧边缘邻接并被焊接在其另一侧边缘上并将所形成的筛卷绕在一个鼓（未显示）上。
根据该实施例，由于突出部43能够在带形金属板42的形成过程中与开口48同时形成，因而可以省去管形的筛部件的支撑杆，且制造过程因而能够得到缩短。另外，能够获得非常强的筛结构。
在图13的实施例中，带形板材14是通过将杆形线材13设置在长支撑杆11上而获得的。带形板材14不仅限于这种结构。例如，带形板材可以通过以预定间隔平行地设置短的支撑杆，并沿着与这些支撑杆交叉的方向设置长线材，并将这些线材与支撑杆在它们的交叉点焊接在一起而得以制成。
作为用于根据本发明的螺旋形井筛的管形的筛部件的材料，可以采用诸如上述的材料。例如，可以为此而采用欧洲专利申请No.94 100 134.9中公布的多层复合筛。这种筛包括多个彼此叠置的层构成的过滤器，由所述多个层构成的各个过滤器包括具有大体上为三角或梯形的截面的线材，这些线材彼此平行地设置并带有大体上为V形的、从形成在相应的相邻线材之间的筛的表面向内逐渐变宽的连续缝，相应的相邻过滤器中的一个过滤器的线材与另一过滤器的线材相交叉，且与相应的相邻过滤器在这些相应过滤的线材的交叉点处被彼此固定在一起。
该带形板材不仅限于带缝井筛，且可以采用其他的筛部件-诸如辗轧的金属板材、带缝的金属板材和带网眼的线材-作为带形板材。