自适应井管防沙罩 【技术领域】
本发明的领域是井下防沙罩(downhole screens)，更具体地说，是能在开口孔中膨胀以封锁不规则形状钻孔的那些井下防沙罩。
背景技术
在过去，沙粒控制方法一直以井下防沙罩外部的砂砾装填为主。该想法是用沙粒填充防沙罩外的环形空间，以防止有害固体产生的形成。最近，随着管膨胀技术的进步，想到如果防沙罩能膨胀到位以消除至今用沙粒装填的周围环形空间，则能消除对砂砾装填的需要。因为井孔形状的不规则性，用防沙罩膨胀技术作为对砂砾装填的替换会产生问题。固定的凹陷会使防沙罩膨胀固定的量。问题是在井孔中的冲刷仍然在防沙罩外留下较大的环形空间。相反，在井孔中的缩紧点能产生粘结固定凹陷的危险。
固定凹陷技术的一种改进是使用各种形式的柔性凹陷。在理论上，这些柔性凹陷是柔顺的，从而在紧缩点中它们能向内弯曲并且降低粘结凹陷地机会。另一方面，如果有空的区域，则相同的问题继续存在：柔性凹陷具有使防沙罩膨胀到的一定外部尺寸。因此，柔性凹陷的使用仍然留下防沙罩外环形间隙的问题，当井投产时从该区导致有害的固体产生。
防沙罩的以前设计使用了由金属套保持的预压缩垫，该金属套然后当放置在希望位置的井孔中时经受化学侵蚀。然后允许垫从其预压缩状态膨胀。防沙罩不膨胀。这种设计在美国专利2,981,332和2,981,333中描述。美国专利5,667,011表明一种膨胀筛管井孔的固定凹陷。美国专利5,901,789和6,012,522表明正在膨胀的井管防沙罩。美国专利6,253,850表明一种把一个固体衬层插入在另一个已经膨胀的筛管中以将它封闭和使用橡胶或环氧树脂密封在衬层之间的技术。美国专利6,263,966表明一种具有井下膨胀的纵向褶的防沙罩。美国专利5,833,001表明在用充气膨胀之后固化到位以进行修补的橡胶。最后，美国专利4,262,744作为一种用来使用模具制造防沙罩的技术具有一般兴趣。
本发明的设备和方法通过提供一种带有在膨胀时能适应钻孔形状的外层的防沙罩组件解决该问题。在优选实施例中，选择与钻井液接触膨胀的材料，以在膨胀之后进一步增强对钻孔中空区域的填充。在一种可选择的设计中，不需要防沙罩膨胀，而最外层膨胀以适应钻孔形状，不与引入到井孔中的井液或其它液体相接触。防沙罩段以减少或消除焊缝的方式构造。焊缝在膨胀过程中置于严重加载下，所以减少或消除焊缝能提供膨胀之后的更可靠的防沙罩操作。对于本领域的技术人员由优选实施例和下面出现的权利要求书的描述的回顾，本发明的这些和其它优点将变得更明白。
【发明内容】
公开了一种在膨胀之后适应钻孔形状的防沙罩。该防沙罩包括一个在膨胀时具有钻孔形状的柔顺外层。该外层形成有允许产生流动的孔。选择优选地与井液延长接触而膨胀的材料，以在膨胀之后进一步封闭环形间隙。在一个可选择实施例中，防沙罩不膨胀，并且只有材料的膨胀封闭环形间隙。外套筒放置在防沙罩上，并且防沙罩放置在一个基管上，并且开始从基管内膨胀，以固定用来在井下运行的防沙罩组件的元件，同时减少或消除在层中的任何焊接。各种膨胀工具能用来使防沙罩在井下膨胀。
【附图说明】
图1是以阶梯表示的防沙罩的剖视图；和
图2是在井下膨胀位置中的防沙罩组件的载面图，防沙罩之一表示在图1中。
【具体实施方式】
图1表明一段防沙罩10的一部分。它具有基管12，在基管12上是防沙罩14，并且在基管12上是外适应层16。层16具有多个孔18。基管12也具有孔20。实际的过滤材料或防沙罩14是丝网或织物或其它已知的过滤产品。适应层16优选地是软的，从而它在防沙罩10膨胀时将流动。优选的材料是当暴露于井流体延长的时间段时将膨胀的材料。三个例子是腈、天然橡胶、及AFLAS。在一个可选择实施例中，适应层16在伸入井孔中之后足够地膨胀，以接触井孔，而防沙罩10不膨胀。在防沙罩10的端部22和24示意表示的是挡圈26和28。这些挡圈在防沙罩10膨胀时将包含适应层16，防止在防沙罩10膨胀之后在防沙罩外的环形空间中纵向延伸。挡圈的使用是可选择的。
防沙罩10的组装方式是本发明的另一个方面。适应层16能具有一个允许它在防沙罩材料14上滑动的内径。防沙罩材料14的组件和适应层16在基管12上滑动。此后，一种已知的膨胀工具从内部应用于基管12，以使它稍微膨胀。结果，防沙罩材料14和适应层16都被固定到基管12上而不需要焊接。这是便利的，因为当防沙罩10被伸入到井孔中并且膨胀时，膨胀过程可能增加焊缝的应力，这些焊缝可能引起防沙罩失效。组装防沙罩10的一种可选择的方法是以刚才描述的方式把防沙罩材料14固定到基管12上、和然后把适应层16立即固化到防沙罩材料14上。作为另一种选择，一个保护外套(未表示)能施加在防沙罩材料14和安装在上面的适应层16上。与可选择的打孔保护套(未表示)同等的接合过程是从基管12内向外的膨胀，如以前描述的那样。
孔18能具有各种形状。其功能是在膨胀之后允许形成流体通过。它们能是圆孔或槽或其它形状或形状的组合。适应层16能由聚合物材料制成，并且优选地是在持续暴露于井液时膨胀的材料，以更好地适应钻孔30中的不规则形状，如图2中所示。图2还表示越过防沙罩材料14和下面的适应层16的外保护套32，以在伸入到钻孔30中时保护防沙罩材料14。套32是一种具有冲压开口33的已知的产品，并且如果使用适应层16，则能选择地使用。它是可选择的原因在于，适应层16在某种程度上提供在伸入期间(run in)的希望保护。另外，没有套32，适应层16能制得较厚，以在膨胀之后更好地填充在防沙罩10周围的环形空间中的空隙体积34中。适应层16的厚度受到钻孔和安装在其内部的元件的外径的限制。优选的是适应层16被牢固地挤压，这增强其填充周围环形空间中空隙的运动。
本领域的技术人员将认识到，本发明允许制造消除在层之间焊缝的可膨胀防沙罩。适应材料16的使用允许使用各种膨胀技术、和提高消除由钻孔不规则引起的膨胀防沙罩外的空隙空间的能力。要不然，适应材料16能足够地膨胀而没有防沙罩10的井下膨胀，以允许消除对砂砾装填的需要。如果材料由于暴露于井下液体而膨胀，则希望其作为适应层16使用。在适应层16下面的保护套32可以用来在伸入期间保护防沙罩材料14。
本发明的以上公开和描述是说明性的和解释性的，并且不脱离本发明的精神可以进行尺寸、形状和材料、以及表明构造细节的各种变更。