СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР С ТРАССЕРОМ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2016 года по МПК E21B43/08 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Скважинные фильтры можно использовать для отфильтровывания песка и т.п. твердых частиц загрязняющих примесей из добываемой текучей среды перед перекачкой текучей среды на поверхность. Если некоторые формы фильтра не размещены на пути текучей среды, входящей в скважину, песок и другие загрязняющие примеси, захваченные в текучую среду, могут значительно уменьшать срок службы скважинного насоса и/или другого устройства, с которым скважина соединяется.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно широкому аспекту изобретения создан скважинный фильтр, содержащий основную трубу с отверстиями, промежуточный фильтрующий слой, включающий в себя множество металлических волокон, намотанных по спирали на основную трубу и нить с трассером текучей среды, намотанную по спирали на основную трубу, и включающую в себя структуру нити и трассер, который несет структура нити и захватывается в добываемые текучие среды в стволе скважины, и наружную оболочку с отверстиями, расположенную поверх промежуточного слоя.

Согласно другому широкому аспекту настоящего изобретения создан способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки и фильтрующей трубы.

Другие аспекты настоящего изобретения должны стать понятными специалисту в данной области техники из подробного описания, приведенного ниже, при этом различные варианты осуществления изобретения показаны и описаны иллюстративно. Следует учитывать, что изобретение обеспечивает создание других и различных вариантов осуществления и возможна модификация ряда его деталей без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание следует считать, по существу, иллюстративными и неограничительными.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительное подробное описание изобретения, кратко описанного выше, приведено ниже со ссылками на прилагаемые чертежи конкретных вариантов осуществления изобретения. На чертежах показаны только типичные варианты осуществления изобретения, не ограничивающие его объем. На чертежах показано следующее:

На фиг.1 показан упрощенный, частично схематичный вид в плане промежуточного этапа в одном возможном варианте осуществления способа изготовления настоящего изобретения.

На фиг.2 показан упрощенный вид сбоку устройства фиг.1, при этом часть устройства исключена для ясности.

На фиг.3 схематично показано сечение по линии 4-4 фиг.1.

На фиг.4 показано сечение скважинного фильтра согласно одному варианту осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Ниже в описании приведены варианты осуществления изобретения, являющиеся примерами конкретных вариантов осуществления принципов различных аспектов настоящего изобретения. Данные примеры даны для объяснения данных принципов и изобретения в его различных аспектах и не в качестве ограничения. В описании аналогичные части указаны одинаковыми позициями по всему описанию и на чертежах. Чертежи выполнены без соблюдения масштаба и пропорций и могут иметь некоторые искажения для более ясного показа некоторых элементов.

На фиг.1 и 2 упрощенно, схематично показан один вариант осуществления устройства для изготовления скважинного фильтра, подходящего для использования в эксплуатационной колонне насосно-компрессорных труб подземной скважины с текучей средой, согласно настоящему изобретению. Устройство фиг.1 и 2 содержит токарно-винторезный станок 120, включающий в себя переднюю бабку 122, отнесенную от задней бабки 124, на противоположных концах станины 126 (фиг.1). Станина 126 токарного станка может включать в себя части 126A и 126B (фиг.2). Задняя бабка 124 токарного станка 120 может быть установлена на тележке 128, стоящей на колесах 130 на направляющих рельсах 132.

Показанное устройство дополнительно включает в себя один или несколько дополнительных направляющих рельсов 133 и 134, параллельных направляющему рельсу 132, но отнесенных от него. Также имеется одна или несколько тележек 135 и 136, перемещающихся по направляющим рельсам 133 и 134 соответственно. Тележка 136 несет бобину 138 подачи ленты 139 металлической фильтрующей шерсти, лента из металлической шерсти описана подробнее ниже. Ось 140 бобины 138 выставлена на тележке 136 так, что лента 139 располагается под острым углом X относительно оси 142 токарного станка 120 и поверхности, на которую укладывается. Тележка 135 на рельсе 133 несет гидравлический цилиндр 144 со штоком 145 поршня с упорной плитой 146, дополнительно описанные ниже. Два останавливающих элемента 148 могут оборудоваться для гарантии точной установки тележки задней бабки на рельсе 132.

В других вариантах осуществления могут использоваться ролики, прокатывающиеся по фильтру и прикладывающие силу сжатия к волокнам фильтра при его укладке. Может использоваться направляющая для направления волокон на фильтр.

Первым этапом в способе изобретения является создание основной трубы 150 заданной длины с отверстиями, служащей центральной несущей конструкцией для скважинного фильтра. Основная труба соединена последовательно в более длинную трубу, служащую в качестве эксплуатационной колонны насосно-компрессорных труб для подземной скважины. Основная труба 150 снабжена отверстиями на своем участке 152 для обеспечения прохода потока текучей среды через боковую стенку трубы между ее наружной поверхностью и ее внутренним каналом. Отверстия могут иметь различные формы, включающие в себя перфорации, каналы, щели, подкладку, сопла и т.д. Например, отверстия могут обеспечивать открытый без дросселирования поток текучей среды или регулируемый поток, например, с использованием технологии с устройством регулирования уровня раздела фаз. Показанный на фиг.1 и 2 и снабженный отверстиями участок имеет длину L. Длина L обычно превышает один фут (30,5 см), но может быть меньше. В общем, длина L обычно значительно больше наружного диаметра основной трубы. Вначале трубу 150 устанавливают в токарный станок 120 с расположением снабженного отверстиями участка 152 трубы между передней бабкой 122 и задней бабкой 124, как показано на фиг.1 и 2.

Обычно является желательной укладка на трубное изделие одного слоя основания 154 из металлической сетки, не показанного на фиг.1 и 2, но показанного на фиг.3, вокруг, по меньшей мере, снабженного отверстиями участка 152 трубы между передней бабкой и задней бабкой токарного станка 120. Основание 154 из металлической сетки может устанавливаться на участке 152 трубы перед установкой или после установки трубы в токарный станок 120.

Следующий этап в способе согласно изобретению состоит в наматывании множества металлических волокон вокруг участка 152. В показанном варианте осуществления множество металлических волокон выполнены в форме ленты 139, которая может выдерживать усилие натяжения. Например, в одном варианте осуществления металлические волокна могут иметь форму металлической шерсти, например в одном варианте осуществления сжатой фильтрующей шерсти в виде войлока. Шерсть может быть выполнена из волокон обычной стали, волокон нержавеющей стали или волокон другого металла (например, латуни). Самый длительный срок службы обычно имеет металлическая шерсть из нержавеющей стали. С фильтрующим материалом из металлической шерсти диаметр прохода может быть выбран таким, что песок и т.п. загрязняющие примеси не могут проходить через фильтр, но поток текучей среды не перекрывается. Лента из шерсти может иметь размеры, подходящие к данному варианту применения. Обычно, лента из металлической шерсти формируется волокнами, имеющими среднюю толщину 85 мкм и среднюю длину около одного метра или меньше. Фильтрующая лента из шерсти часто имеет ширину четыре дюйма (10 см) и толщину около 0,125 дюйма (0,3 см), но данные размеры могут существенно меняться. Обычный диаметр хранящейся бобины волоконной ленты из шерсти составляет около 1,5 футов (0,5 м), когда бобина полная.

В одном варианте осуществления следующим этапом является выставление ленты 139 из шерсти под острым углом X к оси трубы, которая является также осью 142 токарного станка, на конце трубы на которую шерсть должна укладываться. Конец ленты из металлической фильтрующей шерсти затем крепится к одному концу участка трубы 150 с отверстиями сваркой или другим средством. Как показано на фиг.1, указанное выполняется с установкой бобины 138 ленты из шерсти на тележке 136 с выставлением оси 140 под нужным углом для расположения ленты 139, проходящей от трубы под острым углом X. Токарный станок 120 приводится в действие для вращения трубы 150, как указано стрелкой D (фиг.1-3). При вращении трубы 150 фильтрующая лента 139 из шерсти вытягивается из бобины 138 в направлении стрелки E. Лента 139 поддерживается натянутой при намотке по спирали вокруг снабженного отверстиями участка 152. На фиг.1 показан промежуточный момент в способе наматывания первого слоя ленты из металлической шерсти на трубу. При выполнении операции наматывания цилиндр 144 и поршень 145 поджимают плиту 146 к трубе в направлении стрелки H (фиг.2 и 4), помогая поддерживать натяжение в ленте 139 и обеспечивая плотную укладку слоев ленты вокруг трубы.

Первый слой фильтрующей ленты 139 из шерсти наматывается на снабженный отверстиями участок 152 трубы 150 по всей его длине L. В процессе всей данной операции лента 139 должна держаться натянутой. Плита 146 и ее рабочий механизм 144 145 могут быть достаточными для обеспечения натяжения; вместе с тем некоторое устройство торможения вращения бобины 138 подачи шерсти или другое средство, обеспечивающее поддержание натяжения на ленте 139, может быть необходимо. В течение всего процесса наматывания слоев ленты из металлической шерсти на трубу 150 тележки 135, 136 должны перемещаться по путям, параллельным трубе (см. стрелки F и G) для получения равномерной спиральной намотки. Для этого служат направляющие рельсы 133 и 134 с тележками 135 и 136 соответственно.

По завершении плотной намотки первого слоя ленты 139 из металлической шерсти по всей длине L участка 152 трубы с отверстиями направление перемещения тележек 135 и 136, перемещавшихся слева направо, как показано на фиг.1, меняется на обратное. После этого второй слой фильтрующей шерсти плотно, по спирали наматывается на трубу с отверстиями. Когда укладка второго слоя завершается, направление перемещения тележек 135 и 136 вновь меняется на обратное, и начинается укладка третьего слоя. Попеременно повторяются перемещения тележек вперед и назад с непрерывным вращением трубы 150 в токарном станке 120, до укладки нужного числа спиральных слоев металлической шерсти друг на друга вокруг участка 152 трубы 150. Число слоев должно соответствовать требованиям к фильтру в данном варианте применения; предпочтительно, должно быть уложено, по меньшей мере, пять слоев и часто десять слоев, пятнадцать слоев или даже больше. Поскольку токарный станок продолжает вращение в одном направлении в течение всего процесса, а тележка 136 перемещает ленту вперед и назад, каждый следующий намотанный слой должен наматываться по спирали в направлении противоположным слою, уложенному непосредственно под ним, так что слои перекрываются крест-накрест.

Нить 151 с трассером текучей среды также наматывается вокруг участка 152. Нить с трассером текучей среды, также именуемого биотрассером, является основой, несущей уникальный трассер, захватываемый из основы текучей средой, проходящей мимо него, переносящийся на поверхность с текучей средой и обнаруживаемый на поверхности для получения информации, касающейся скважины, такой как типы добываемых текучих сред, место добычи и т.д.

Материалы трассера текучей среды могут включать в себя трассеры, встроенные в носитель, такой как полимерная смола. Носитель является твердым и удобным в работе, так что его можно устанавливать в фильтре в положение с фиксацией трассера, который находится в нем. Смола выбирается, по существу, выдерживающей условия в забойной зоне скважины. Смола может быть водорастворимой, водонерастворимой, формуемой различными способами и т.д. Предпочтительным может являться использование смол на водной основе для водорастворимых трассеров. Одной причиной для этого является лучшее распределение трассеров в гидрофильной смоле, чем в гидрофобной смоле.

Трассерам можно придавать различные эксплуатационные свойства. Трассеры могут иметь выбранную растворимость, выбранный способ обнаружения, выбранную реакцию на ввод в основание носителя и т.д. Отдельные трассеры существуют для углеводородов и воды, в том числе трассеры для высокотемпературных жидкостей (т.е. пара) и низкотемпературных жидкостей, для газового конденсата, нефти и т.д. Трассер может выбираться только захватываемым водой и/или углеводородом. При этом, если необходимо осуществление мониторинга потока воды отдельно от потока нефти, конкретный трассер можно использовать только для захвата и транспортировки потоком воды, но не нефти. Конечно, выбор мониторинга нефти вместо воды, пара вместо жидкой воды и т.д. также возможен, если необходимо.

Трассеры могут обнаруживаться различными способами. Трассеры могут быть радиоактивными, нерадиоактивными, химически обнаруживаемыми с использованием проведения анализов в лаборатории или на площадке, таких как хроматография, например с использованием газовой хроматографии и т.д.

Трассеры можно вводить в полимерную структуру любым из различных способов. Трассеры, например, могут механически распределяться как кристаллы соли в полимерной матрице, могут химически вводиться в состав, комбинация обоих вариантов также возможна.

Трассеры могут захватываться в процессе придания растворимости, эрозии, химической реакции и т.д. Например, химически связанные трассеры могут высвобождаться с помощью гидролиза либо в виде самого трассера или производных трассера, когда полимер подвергается воздействию воды при высокой температуре.

Интенсивность захвата трассера зависит от ряда факторов, включающих в себя площадь и геометрию поверхности, подвергающейся воздействию текучей среды, температуру текучей среды, состав текучей среды, давление текучей среды и способ инфильтрации трассера в носитель.

В общем, химически связанные трассеры должны высвобождаться медленнее, чем трассеры, присутствующие только как частицы соли. Трассер, химически связанный в носителе, имеет более продолжительный жизненный цикл. В вариантах, где необходим продолжительный период высвобождения, химическая связь трассера с матрицей может являться предпочтительной перед другими вариантами.

В одном примере материалы трассера текучей среды, подходящие для выполнения нити с трассером текучей среды, поставлены фирмой Resman AS (Trondheim, NO). Для примера, материал трассера текучей среды может включать в себя трассер, который переносится полимером, образованным в реакции конденсации меламинформальдегидной смолы. Трассер может подмешиваться в раствор меламинформальдегидной смолы перед отверждением подходящим отвердителем. Конденсированный раствор серийно производится и поставляется поставщиками, такими как Dynea ASA, Norway, и является реакционноспособной смесью меламина, формальдегида, метанола и воды. Смесь может также содержать добавки, такие как стабилизаторы, наполнители, пластификаторы и/или колеры. В одном варианте осуществления исходный состав перед конденсацией содержит 25-40% меламина, 25-35% формальдегида и 1-10% метанола. Отвердитель может представлять собой муравьиную кислоту или другие продукты от поставщика. Одним возможным продуктом является Prefere 4720™ с добавлением 10% (по весу) отвердителя Prefere 5020™ от фирмы Dynea ASA. Раствор конденсата можно также приготовить, перемешивая сухой порошок конденсата с водой. Сухой порошок серийно поставляется и производится Dynea ASA или другими поставщиками и изготавливается распылительной сушкой раствора конденсата аналогичного исходного состава с ингредиентами, перечисленными выше. Одним возможным продуктом порошковой смолы является Dynomel M-765™, поставляемый Dynea ASA. Трассер может подмешиваться в раствор конденсата с использованием механического смесителя перед подмешиванием отвердителя. В одном варианте осуществления после размещения трассера в материале-носителе материал отверждается с нагревом, например, в камере отверждения. Производительность выпуска трассера из данной системы меламинформальдегидной смолы с трассером должна зависеть от поверхности и геометрии меламинформальдегидной смолы, подвергающейся воздействию текучей среды. На производительность выпуска трассера должны дополнительно влиять такие параметры, как температура, состав текучей среды и давление. Меламинформальдегидная смола должна допускать значительную фракцию (в %) компаунда трассера и продолжать поддерживать приемлемые механические свойства. Типичная загрузка трассера должна составлять 5-20 вес.%. Стандартный диапазон температуры/давления, где систему меламинформальдегидной смолы согласно настоящему изобретению можно использовать, должен быть представлен 120°C и 600 бар (60 МПа).

Некоторые трассеры, такие как аминонафталинсульфоновые кислоты и флюоресцеин, должны вступать в реакцию с формальдегидом и меламином в растворе конденсата. Химическая реакция может усиливаться с применением нагрева. Данные трассеры должны вводиться в структуру полимера после отверждения.

Конечно, другие трассеры и основания можно использовать, указанные выше являются только примером.

Например, карбамидоформальдегидная смола также испытывалась в качестве носителя для водных трассеров. Установлено, что смола данного типа является гораздо менее устойчивой в воде при повышенных температурах, чем меламинформальдегидная смола.

Более гидрофобная смола полиметилметакрилат также испытывалась в качестве носителя, но у такой смолы обнаружены более низкие возможности равномерного диспергирования частиц трассера.

Нить с трассером текучей среды может наматываться на основную трубу на любой стадии процесса перед, вместе или после наматывания шерсти.

Если необходимо, нить может применяться только с частью общего количества шерсти, накладываемой на основную трубу. Нить может применяться на основной трубе выше или ниже (как показано) ленты 139 из шерсти.

В одном варианте осуществления нить наматывается с лентой 139 из шерсти, когда последняя наматывается на снабженный отверстиями участок 152 трубы 150, по меньшей мере, на участке длины L. В течение всего времени данной операции нить должна удерживаться натянутой. В общем, натяжение равно натяжению ленты. В одном варианте осуществления нить наматывается с лентой из шерсти, по меньшей мере, на отрезке в две длины снабженного отверстиями участка. При этом несущая трассер нить присутствует, по существу, на всей длине фильтрующей зоны фильтра и, по меньшей мере, в двух витках спирали, одном в первом направлении перемещения и одном во втором направлении перемещения. Поскольку нить наматывается с лентой, когда лента укладывается на основную трубу, нить должна применяться, по меньшей мере, в двух спиральных намотках, так что в конечном фильтре нить, по меньшей мере, частично окружена (заделана в) фильтрующее волокно и укладывается с равным разносом между каждой смежной намоткой, так что нити располагаются крест-накрест, при укладке второй спиральной намотки поверх первой. Поскольку нить наматывается с фильтрующей лентой, намотки нити разнесены на толщину фильтрующего волокна между ними. Процесс намотки обеспечивает, по существу, равномерное распределение нити по всему возможному пути прохода текучей среды через фильтрующий материал, как по длине, так и, по меньшей мере, через участок радиальной толщины фильтрующей зоны, так что, по меньшей мере, некоторые части нити обязательно оказываются непосредственно на пути текучей среды, даже если текучая среда не проходит равномерно через фильтр и даже если текучая среда выбирает, по существу, прямой радиальный путь через фильтр, с незначительным временем нахождения в нем.

В одном варианте осуществления волоконная лента и нить могут объединяться в одной подающей бобине. В другом варианте осуществления нить располагается в подающем устройстве, таком как катушка 153, отдельно от бобины ленты из шерсти, но катушку несет тележка 136 и обеспечивает расположение нити смежно с лентой непосредственно перед этапом наматывания на основную трубу, так что они укладываются вместе. Например, нить может подаваться в процессе намотки и захватываться при вытягивании шерсти до укладки достаточного количества нити. В одном варианте осуществления, например, нить вводится с лентой из шерсти под острым углом X к оси трубы, в общем, начиная с конца отрезка длины снабженного отверстиями участка 152. Передний конец нити может прикрепляться к трубе или фильтрующим волокнам или может просто заправляться в намотки фильтра. Как показано на фиг.1, это выполняется с установкой катушки 153 на тележке 136 с осью, расположенной под нужным углом для установки прохождения нитью 151 некоторого расстояния под острым углом X к трубе. Токарный станок 120 приводится в действие для вращения трубы 150, как указано стрелкой D (фиг.1-3), и при этом фильтрующая лента 139 из шерсти и нить 151 вытягиваются из бобины и катушки одновременно в направлении стрелки E. Лента 139 и нить 151 удерживаются под натяжением при спиральной намотке вокруг снабженного отверстиями участка 152. На фиг.1 показан промежуточный этап в способе намотки первого слоя ленты из металлической шерсти на трубу с нитью, ложащейся под ленту. Натяжение может поддерживаться плитой 146, и ее рабочий механизм 144, 145 может быть достаточным для этого, и/или некоторое торможение может устанавливаться при вращении бобины 138 подачи шерсти и катушки 153. В течение всего процесса намотки всех слоев и ленты на трубу 150 тележка 136 должна перемещаться по пути, параллельном трубе (см. стрелку G) для получения равномерной спиральной намотки.

По завершении плотной намотки первого слоя ленты 139 из металлической шерсти и нити 151 на всей длине L участка 152 трубы с отверстиями направление перемещения тележки 136 слева направо на фиг.1 меняется на обратное. После этого второй слой фильтрующей шерсти и нити плотно наматывается по спирали на трубу с отверстиями. Когда второй слой завершен, направление перемещения тележек 135 и 136 вновь меняется на обратное, и начинается укладка третьего слоя. Поочередно повторяются перемещения тележки вперед и назад с непрерывным вращением трубы 150 в токарном станке 120 до укладки нужного числа спиральных слоев металлической шерсти и нити друг на друга вокруг перфорированного участка 152 трубы 150. Намотка нити может прекращаться, а укладка металлической ленты может продолжаться.

Нить 151 имеет толщину и прочность, обеспечивающие намотку на основную трубу. В частности, нить 151 имеет удлинение до разрыва, выбранное с возможностью обеспечения работы нити под натяжением по условиям намотки, используемым в процессе изготовления. Одновременно, нить может быть выбрана для ввода в фильтр без вредного воздействия на его фильтрующие характеристики. В одном варианте осуществления нить имеет форму пластины, узкой ленты или линии с соотношением толщины к ширине 1:3-1:1.

Альтернативно, материал трассера может быть заделан в ленту из шерсти.

В одном варианте осуществления нить 151 является линией с отношением толщины к ширине 1:1 в сечении (т.е. круглого, квадратного, треугольного и т.п. сечения), с диаметром 1-5 мм, например около 2-3 мм.

В одном варианте осуществления нити двух типов используются в каждом фильтре: нить с трассером воды и нить с трассером нефти. Количество нитей трассера, устанавливаемых в фильтре, может зависеть от нужной продолжительности мониторинга и объемного расхода нефти или воды, мониторинг которых проводится. Необходимо 5-50% заполнение нитью имеющегося объема, большее количество приводит к неприемлемому уменьшению способности фильтрования песка. В одном варианте осуществления 15-20% заполнение нитью было установлено как целесообразное, при этом остальной объем заполняется фильтрующим материалом. Например, в одном фильтре с диаметром 5,5" (14 см) основной трубы и длиной 10 футов (3 м) фильтрующей зоны, около 100 м нити с трассером воды и 100 м нити с трассером нефти использовались для заполнения 17% имеющегося объема, при этом остальной объем был занят фильтрующими волокнами. Нить каждого типа применялась в дискретных отрезках длины, и в одном варианте осуществления множество нитей применялись разнесенными и расположенными бок о бок. В одном варианте осуществления всего четыре нити, две с трассерами нефти и две с трассерами воды подаются в фильтр одновременно.

На фиг.4 показано продольное сечение скважинного фильтра 240, сконструированного согласно изобретению. Фильтр включает в себя участок основной трубы с отверстиями 252, имеющий длину L, выполненный как часть трубы 250 эксплуатационной колонны или соединяющийся с ней.

В данном варианте осуществления трубчатая сетка 254 расположена вокруг внешней поверхности основной трубы 252 по всей длине L, в которой имеются перфорации 255, проходящие сквозь стенку. Снаружи от сетки 254 имеется промежуточный слой, включающий в себя множество слоев 256 волокон металлической шерсти, уложенных с перекрыванием относительно друг друга. Каждый слой 256 выполнен из ленты из волокон металлической шерсти, спирально намотанных с натяжением вокруг трубы 252 с отверстиями способом, описанным выше. Хотя три слоя показаны на фиг.4, меньше или больше слоев фильтрующей шерсти можно использовать, в зависимости от варианта применения фильтра 240. Слои шерсти отфильтровывают песок и другие загрязняющие примеси из текучей среды, проходящей во внутреннее пространство основной трубы фильтра и выходящей через трубу 250.

Вместе со слоями 256 нить 251 с трассером текучей среды также намотана вокруг трубы 252. В данном варианте осуществления две нити 251 введены в отрезок первого слоя, намотанного на трубу 252, но они могут устанавливаться в других или дополнительных слоях, по необходимости.

Трубчатая оболочка 260, имеющая длину L и множество отверстий 262, таких как перфорации, каналы, отклонения или щели, плотно прилегает снаружи к самому удаленному от осевой линии слою из промежуточных слоев, в данном случае самый удаленный от осевой линии слой представлен фильтрующей шерстью 256. Крышка 264 может быть размещена на конце участка 252 трубы противоположно выпуску, представленному трубой 250.

В эксплуатации фильтр 240 (фиг.4) закреплен в эксплуатационной колонне. Другой аналогичный фильтр и/или фильтры без нитей с трассером может устанавливаться на колонне. Текучая среда с песком или другими захваченными загрязняющими примесями входит в отверстия 262 в оболочке 260, как указано стрелками M. Текучая среда проходит через несколько слоев 256 фильтрующей шерсти, теряя захваченный песок и другие загрязняющие примеси. Фильтрованная текучая среда входит в центральную открытую зону в трубе 252 через отверстия 255 и выходит из фильтра, как указано стрелками N. Конечно, перепад давления на многочисленных слоях фильтра 240 является необходимым для стационарного непрерывного потока, но также необходим, фактически, для любого фильтра. Кроме того, поток можно реверсировать с аналогичным фильтрованием.

Сетка 254 между трубой 252 и несколькими слоями 256 фильтрующей шерсти имеет определенное предназначение в фильтре 240. Если сетки 254 нет, текучая среда может проделывать увеличивающиеся с течением времени проходы между, по меньшей мере, некоторыми наружными отверстиями 262 в оболочке 260 и внутренними отверстиями 255 в трубе 252. Данное увеличение проходов может уменьшать эффективность фильтра 240, в результате, меньше песка и других загрязняющих примесей отфильтровывается из текучей среды, проходящей через фильтр.

Одновременно, трассеры из нитей 251 с трассером текучей среды могут, если растворяются текучей средой, захватываться проходящими текучими средами и выноситься на поверхность в потоке N. Фильтр поэтому также создает систему мониторинга, при этом уникальный трассер можно использовать, что обеспечивает мониторинг количественных параметров и/или типа потока добычи в индивидуальной зоне в скважине, где фильтр установлен. Например, может устанавливаться множество фильтров, каждый с уникальным трассером в нити с трассером текучей среды, установленной в нем. Фильтры с уникальными трассерами могут устанавливаться на известных местах в скважине, обеспечивая мониторинг притока и состава текучих сред, получаемых через данные фильтры, с помощью наблюдения содержания трассера в текучей среде на поверхности. Трассеры выполнены с возможностью целевого высвобождения в текучую среду за некоторый период времени, который может продолжаться часы, дни, месяцы или годы, в зависимости от задач мониторинга.

Уникальные трассеры могут устанавливаться в каждой зоне или даже в каждом звене колонны заканчивания для получения требуемого разрешения в забойной зоне скважины. Например, в скважине с тремя зонами, по меньшей мере, три различных трассера T1, T2, T3 можно использовать в фильтрах для установки трассера одного типа для каждой зоны. Если добыча ведется из всех зон, все три трассера T1, T2, T3 присутствуют в текучей среде, приходящей на поверхность. Вместе с тем, если только один или два трассера обнаруживаются в полученных текучих средах на поверхности, это является индикатором, что одна зона не дает притока, и местоположение такой зоны определяется по тому, какой трассер отсутствует в полученных текучих средах.

Нити могут выбираться с возможностью целевого высвобождения своих трассеров в текучую среду, нефть или воду, следом за некоторыми событиями или через некоторый период времени в зависимости от задач мониторинга.

Образцы скважинных текучих сред отбираются на поверхности для анализа. Смешивание в нескольких зонах или скважинах не отражается отрицательно на результате. Выполняется анализ, и результаты можно получить быстро.

Приведенное выше описание вариантов осуществления изобретения обеспечивает любому специалисту в данной области техники возможность его осуществления или использования. Различные модификации данных вариантов осуществления должны быть очевидны для специалиста в данной области техники, и общие принципы данного документа можно применять в других вариантах осуществления без отхода от сущности или объема изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, показанными в данном документе, но полностью соответствуют объему формулы изобретения, при этом ссылка на элемент в единственном числе не означает "один и только один", если иное специально не указано, но означает "один или несколько". Все конструктивные и функциональные эквиваленты элементов различных вариантов осуществления, описанных в изобретении, которые известны или станут известны позже специалистам в данной области техники, должны охватываться элементами формулы изобретения. Кроме того, раскрытое в данном документе не должно делаться всеобщим достоянием несмотря на прямое раскрытие в формуле изобретения. Никакой элемент формулы изобретения не подлежит расширенному толкованию согласно 35 USC 112, параграф 6, если элемент прямо не указан с использованием фразы "средство для" или "этап для".

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к скважинной добыче с использованием фильтров. Скважинный фильтр содержит основную трубу с отверстиями, промежуточный фильтрующий слой, включающий в себя множество металлических волокон, спирально намотанных на основную трубу, и нить с трассером текучей среды, спирально намотанную на основную трубу и включающую в себя структуру нити и трассер, который несет структура нити и захватывается в добываемые текучие среды в стволе скважины, и наружную оболочку с отверстиями, расположенную поверх промежуточного слоя. Способ изготовления скважинного фильтра содержит выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу с отверстиями по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки и фильтрующей трубы. Расширяются функциональные возможности, в том числе контроль и обнаружение текучей среды. 16 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Скважинный фильтр, содержащий основную трубу с отверстиями, промежуточный фильтрующий слой, включающий в себя множество металлических волокон, спирально намотанных на основную трубу, и нить с трассером текучей среды, спирально намотанную на основную трубу и включающую в себя структуру нити и трассер, который несет структура нити и захватывается в добываемые текучие среды в стволе скважины, и наружную оболочку с отверстиями, расположенную поверх промежуточного слоя, при этом промежуточный фильтрующий слой имеет длину и нить с трассером текучей среды расположена, по существу, по всей длине промежуточного фильтрующего слоя.

2. Скважинный фильтр, содержащий основную трубу с отверстиями, промежуточный фильтрующий слой, включающий в себя множество металлических волокон, спирально намотанных на основную трубу, и нить с трассером текучей среды, спирально намотанную на основную трубу и включающую в себя структуру нити и трассер, который несет структура нити и захватывается в добываемые текучие среды в стволе скважины, и наружную оболочку с отверстиями, расположенную поверх промежуточного слоя, при этом нить с трассером текучей среды расположена в, по меньшей мере, двух направлениях по спирали, с образованием первой спиральной намотки и второй спиральной намотки, причем первая спиральная намотка и вторая спиральная намотка, каждая, включает в себя смежные витки, создаваемые в результате наматывания по спирали и имеющие, по существу, регулярный разнос между каждым смежным витком и нитью с трассером текучей среды, расположенной крест-накрест благодаря расположению второй спиральной намотки радиально снаружи первой спиральной намотки.

3. Скважинный фильтр по п. 1 или 2, в котором нить с трассером текучей среды расположена в, по меньшей мере, двух спиральных намотках, по существу, по всей длине промежуточного фильтрующего слоя.

4. Скважинный фильтр, содержащий основную трубу с отверстиями, промежуточный фильтрующий слой, включающий в себя множество металлических волокон, спирально намотанных на основную трубу, и нить с трассером текучей среды, спирально намотанную на основную трубу и включающую в себя структуру нити и трассер, который несет структура нити и захватывается в добываемые текучие среды в стволе скважины, и наружную оболочку с отверстиями, расположенную поверх промежуточного слоя, при этом нить с трассером текучей среды выполнена в форме линии с отношением толщины к ширине, составляющим 1:3-1:1.

5. Скважинный фильтр по п. 4, в котором первая спиральная намотка и вторая спиральная намотка разделены металлическим фильтрующим волокном.

6. Скважинный фильтр, содержащий основную трубу с отверстиями, промежуточный фильтрующий слой, включающий в себя множество металлических волокон, спирально намотанных на основную трубу, и нить с трассером текучей среды, спирально намотанную на основную трубу и включающую в себя структуру нити и трассер, который несет структура нити и захватывается в добываемые текучие среды в стволе скважины, и наружную оболочку с отверстиями, расположенную поверх промежуточного слоя, при этом нить с трассером текучей среды выполнена в форме линии с отношением толщины к ширине, которое по существу составляет 1:1, и имеет диаметр, равный 1-5 мм.

7. Скважинный фильтр по п. 1, в котором нить с трассером текучей среды является нитью с трассером воды.

8. Скважинный фильтр по п. 1, в котором нить с трассером текучей среды является нитью с трассером углеводорода.

9. Скважинный фильтр, содержащий основную трубу с отверстиями, промежуточный фильтрующий слой, включающий в себя множество металлических волокон, спирально намотанных на основную трубу, и нить с трассером текучей среды, спирально намотанную на основную трубу и включающую в себя структуру нити и трассер, который несет структура нити и захватывается в добываемые текучие среды в стволе скважины, и наружную оболочку с отверстиями, расположенную поверх промежуточного слоя, при этом скважинный фильтр дополнительно содержит вторую нить с трассером текучей среды, при этом нить с трассером текучей среды является одной из нити с трассером углеводорода или нити с трассером воды и вторая нить с трассером текучей среды является другой из нити с трассером углеводорода или нити с трассером воды.

10. Скважинный фильтр, содержащий основную трубу с отверстиями, промежуточный фильтрующий слой, включающий в себя множество металлических волокон, спирально намотанных на основную трубу, и нить с трассером текучей среды, спирально намотанную на основную трубу и включающую в себя структуру нити и трассер, который несет структура нити и захватывается в добываемые текучие среды в стволе скважины, и наружную оболочку с отверстиями, расположенную поверх промежуточного слоя, при этом объем нити с трассером текучей среды составляет 5-50% объема металлического волокна в промежуточном слое.

11. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки с отверстиями и фильтрующей трубы, при этом лента из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды наматываются одновременно на основную трубу.

12. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки с отверстиями и фильтрующей трубы, при этом основная труба имеет участок с отверстиями и лента из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды наматываются одновременно на основную трубу, по меньшей мере, два раза по длине снабженного отверстиями участка.

13. Способ по п. 12, в котором нить с трассером текучей среды укладывается, по меньшей мере, два раза по длине первой спиральной намотки в первом направлении спирали и по длине второй спиральной намотки во втором направлении спирали, так что первая спиральная намотка и вторая спиральная намотка расположены крест-накрест по длине.

14. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки с отверстиями и фильтрующей трубы, при этом, по меньшей мере, некоторое количество нити с трассером текучей среды окружает лента из волокон металлической шерсти.

15. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки с отверстиями и фильтрующей трубы, при этом нить с трассером текучей среды выполнена в форме линии с отношением толщины к ширине, составляющим 1:3-1:1.

16. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки с отверстиями и фильтрующей трубы, при этом нить с трассером текучей среды выполнена в форме линии с отношением толщины к ширине, составляющим по существу 1:1, и имеет диаметр, равный 1-5 мм.

17. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки с отверстиями и фильтрующей трубы, при этом нить с трассером текучей среды является нитью с трассером воды.

18. Способ по п. 16, в котором нить с трассером текучей среды является нитью с трассером углеводорода.

19. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки с отверстиями и фильтрующей трубы, при этом способ дополнительно содержит ввод второй нити с трассером текучей среды в промежуточный слой.

20. Способ по п. 19, в котором нить с трассером текучей среды является одной из нити с трассером углеводорода или нити с трассером воды и вторая нить с трассером текучей среды является другой из нити с трассером углеводорода или нити с трассером воды.

21. Способ по п. 19, в котором ввод второй нити с трассером текучей среды в промежуточный слой содержит наматывание второй нити с трассером текучей среды на основную трубу по спиральной траектории с натяжением одновременно с нитью с трассером текучей среды.

22. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки с отверстиями и фильтрующей трубы, при этом объем нити с трассером текучей среды составляет 5-50% от объема ленты из волокон металлической шерсти в промежуточном слое.

23. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки с отверстиями и фильтрующей трубы, при этом наматывание промежуточного слоя включает в себя закрепление начального конца ленты из волокон металлической шерсти на основной трубе, вращение основной трубы вокруг ее оси с приложением натяжения к ленте из волокон металлической шерсти для вытягивания указанной ленты и укладки ее по спирали на основную трубу и ввод нити с трассером текучей среды с лентой из волокон металлической шерсти также для укладки с натяжением на основную трубу при ее вращении.

24. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующей трубы наматыванием промежуточного слоя, включающего в себя ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды, на основную трубу по спиральной траектории с натяжением, установку фильтрующей трубы в длинный канал наружной втулки с отверстиями и скрепление наружной втулки с отверстиями и фильтрующей трубы, при этом ленту из волокон металлической шерсти и нить с трассером текучей среды несет подающая бобина, перемещающаяся по оси, параллельной основной трубе.