專利名稱：沿流體導(dǎo)管內(nèi)表面安裝渦卷的彈性薄板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沿流體導(dǎo)管內(nèi)表面安裝被渦卷的彈性薄板的方法。
美國(guó)專利說明書4,501,327和5,040,283公開了圍繞運(yùn)載工具渦卷薄板，接著通過導(dǎo)管將運(yùn)送渦卷薄板的運(yùn)載工具移動(dòng)到彈性薄板所要安裝的位置上，在該位置上，渦卷薄板從運(yùn)載工具中被釋放并朝導(dǎo)管的內(nèi)表面展開。
美國(guó)專利說明書5,040,283采用由記憶金屬制成的薄板，這種薄板可隨溫度的增加而展開。這種方法的缺陷在于記憶金屬比較昂貴，而且不容易得到大塊的薄板。
美國(guó)專利說明書4,501,327公開了將彈簧鋼或鋁用作彈性材料的方法，這種材料的彈性應(yīng)變?yōu)?.55％或更小(對(duì)鋁而言，其應(yīng)變值為0.2％)，而且金屬薄板的合適厚度約為3/64英寸(＝1.2mm)。
在這種公開的方法中，當(dāng)運(yùn)載工具通過展開的薄板被拉出時(shí)，彈性材料就被壓靠在導(dǎo)管的壁上。
這種方法的缺陷在于所使用的薄板材料較薄，而且易于損壞，其彈性僅足以使薄板展開，而不能使薄板沿導(dǎo)管的內(nèi)壁壓靠在合適的位置上，因此還需要最后的壓緊步驟。
我們相信小壁厚的公知鋁材或彈簧鋼薄板及較小的展開力將使所用材料產(chǎn)生較小的彈性應(yīng)變量。
本發(fā)明的目的在于消除這些缺陷，并提供一種沿流體導(dǎo)管的內(nèi)表面安裝渦卷彈性薄板的方法，該方法允許使用比較厚而且比較堅(jiān)固的薄板，這種薄板在安裝后，不易損壞，而且不需要通過展開工具沿導(dǎo)管壁壓緊薄板的步驟。
為實(shí)現(xiàn)上述及其它優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的方法采用平均壁厚至少為2mm、可恢復(fù)的彈性或假?gòu)椥詰?yīng)變至少為0.6％的彈性薄板，以使渦卷的薄板以足夠高的展開力展開，從而允許薄板在安裝過程中沿導(dǎo)管的內(nèi)表面將其本身壓靠在適當(dāng)位置上，并在安裝后保持在適當(dāng)位置上。
本說明書中所采用的術(shù)語(yǔ)“彈性應(yīng)變”，對(duì)于有屈服點(diǎn)的材料例如碳鋼而言是指材料的屈服應(yīng)力與楊氏模量之比，而對(duì)于無屈服點(diǎn)的材料而言是指彈性極限應(yīng)力與楊氏模量之比。如果以百分值來表示彈性應(yīng)變，那么所說的比值要乘以一個(gè)系數(shù)100。
彈性薄板的平均壁厚最好為至少3mm，而且由彈性模量不大于115.000Mpa、彈性極限應(yīng)力至少為825Mpa的鈦合金制成，以使彈性應(yīng)變大于0.75％。
平均壁厚為至少4mm，并由Ti-6Al-4V合金制成的彈性薄板材料也是優(yōu)選的。
上述薄板可以是無穿孔的矩形薄板，其可被用于在導(dǎo)管壁已經(jīng)裂開、損壞或腐蝕的區(qū)域上形成密封或補(bǔ)丁。流體導(dǎo)管也可由生產(chǎn)烴類化合物的油井的流入?yún)^(qū)域構(gòu)成，薄板以規(guī)則的間隔穿孔并沿井孔的內(nèi)表面安裝，以用作油井篩管(wellscreen)。
如果薄板被渦卷成非常小的直徑，例如如果通過導(dǎo)管內(nèi)的收縮而使薄板移動(dòng)，那么用假?gòu)椥院辖鹱鞅“宀牧蠒?huì)很有利。合適的假?gòu)椥院辖馂門i-16V-3A1-6Zr和TiNi。
結(jié)合附圖，參照對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的具體說明，將更加完全地理解本發(fā)明方法的上述及其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)，其中附圖

圖1為彈性薄板被放置于以垂直的地下井孔形式存在的導(dǎo)管內(nèi)的示意性的正視圖；圖2為未渦卷的彈性薄板的側(cè)視圖，所示的彈性薄板包括有周邊槽，以使薄板能夠被用作油井篩管。
參照?qǐng)D1，圖中示出了穿過地下巖層2的垂直井孔1和沿井孔1的井壁4展開的彈性薄板3。
薄板3通過懸掛于測(cè)井電纜6上的運(yùn)載工具5被下放到井孔1內(nèi)。
運(yùn)載工具5和測(cè)井電纜6在附圖中以虛線表示。
在將運(yùn)載工具5下放到井孔1內(nèi)之前，薄板3被渦卷在工具5上，并通過點(diǎn)焊或卡箍固定于工具5上。當(dāng)工具到達(dá)薄板3要安裝的位置上時(shí)，松開點(diǎn)焊和/或卡箍，例如通過使用爆破裝置將點(diǎn)焊和/或卡箍剪斷。
彈性薄板3其厚度至少為2mm，彈性應(yīng)變至少為0.6％，這樣就可使彈性薄板形成大的展開力，以展開并壓靠在井孔1之井壁4的適當(dāng)位置上，而且在安裝后即使巖層2的孔隙壓力大于井孔1內(nèi)的流體壓力，薄板也能夠保持在其適當(dāng)位置上。
當(dāng)沿圓周方向觀看時(shí)，彈性薄板3的端部形成一個(gè)厚度變小的薄片部分7。所選薄板3的圓周長(zhǎng)度應(yīng)略大于井孔1的井壁4的周長(zhǎng)，從而當(dāng)彈性薄板3已經(jīng)展開并壓靠在所述井壁4上時(shí)，薄片部分7至少部分重疊。這樣，薄片部分7將形成一個(gè)防止?jié)B漏的截流閥，并將使展開的薄板3形成一個(gè)光滑、幾乎無縫的內(nèi)孔。為改善密封，可在外部薄片7的外側(cè)設(shè)置一個(gè)多孔的橡膠套管(未示出)。該套管應(yīng)沿軸線被連接，而不是沿薄片7的周邊連接。這是因?yàn)橄鹉z由于展開而必須拉伸，因此必須沿整個(gè)未拉伸的薄片7滑動(dòng)。這樣，就使接合部分得以潤(rùn)滑。
在圖1所示的部件中，確定薄板3的平均壁厚時(shí)未將薄片7考慮在內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，薄板3的平均厚度至少為2mm，而薄片7的壁厚可能小于2mm。這樣，在本說明書中術(shù)語(yǔ)“薄板的平均壁厚”是指除薄片7和薄板3穿孔的位置之外，薄板3其它部分的壁厚。
使薄板3完全彈性展開的最大平均壁厚T可基于如下公式估算出來T/d-T/D＜Y/E其中d＝薄板被渦卷后的直徑；D＝薄板展開后的直徑；Y＝薄板材料的屈服應(yīng)力或彈性極限應(yīng)力；E＝薄板材料的彈性模量。
通過由低彈性模量或楊氏模量(最好不大于115.000MPa)和高的彈性極限應(yīng)力(最好至少為825MPa)的組合而產(chǎn)生的薄板材料高的彈性應(yīng)變，即至少為0.6％的彈性應(yīng)變，使根據(jù)本發(fā)明的薄板壁厚要大于傳統(tǒng)彈性薄板的厚度。彈性模量小于150.000MPa的鈦合金尤其適用于根據(jù)本發(fā)明的薄板。平均壁厚為4mm的5級(jí)鈦合金薄板可用于7″(17.5mm)殼體的修補(bǔ)。彈性模量為82MPa而且經(jīng)熱機(jī)械處理后能夠達(dá)到720MPa或更大彈性極限應(yīng)力、平均厚度為5mm的Ti-22V-4Al薄板可同樣用于7″(17.5mm)殼體的修補(bǔ)。
另外，一些具有合適熱機(jī)械加工性能的亞穩(wěn)定的(-鈦合金，例如Ti-16V-3Al-6Zr在11至13mm的平均壁厚范圍內(nèi)表現(xiàn)出假?gòu)椥?。TiNi合金允許更大的壁厚。當(dāng)薄板的平均壁厚為幾毫米，以通過收縮(例如通過油氣井內(nèi)的過油管操作)進(jìn)行安裝時(shí)，可使用這些假?gòu)椥院辖鹨詫⒈“鍦u卷為較小的直徑。
平均壁厚較大的薄板3不僅可以用于形成堅(jiān)固的渦卷，而且還可用于增加彈簧力，薄板3可通過彈簧力展開并將其本身壓靠在井孔1的井壁4上。
參照?qǐng)D2，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明形成油井篩管10的未渦卷薄板，其包括多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的周邊槽11，這些周邊槽被排列成沿軸向和沿穿過篩管10的周邊方向基本平行的行，在行與行之間無交錯(cuò)排列。穿孔沿徑向成錐形(未示出)，從而當(dāng)薄板被渦卷時(shí)，使最小寬度的穿孔定位于薄板的外表面上。
錐形槽11用于防止進(jìn)入槽11內(nèi)的沙粒被卡在槽中。
沿圓周整齊排列(unstaggered)的槽11最好為孔或非圓周槽，因?yàn)榭稍诤Y管材料上以最小的應(yīng)力集中完成渦卷和展開，同時(shí)保持最大的彈力、強(qiáng)度和硬度。
如圖2所示，被渦卷的油井篩管最好在外表面上覆蓋有過濾材料。過濾材料最好通過一個(gè)排放層例如粗織鋼絲與篩管10的表面隔開，以使流過并非恰好與槽11相對(duì)的過濾層之流體能夠通過排放層流向槽11。
過濾層和排放層可由包圍篩管10的過濾和排放材料的渦卷薄板制成。篩管10薄板及過濾層、排放層薄板可設(shè)置有端部薄片部分，目的是當(dāng)篩管10與其周圍的過濾層和排放層組件沿井孔或穿孔的襯層展開時(shí)，形成一無縫篩管。這樣，油井篩管就可被直接壓靠在井孔或穿孔的襯層上，而不需要中間的環(huán)形部件，從而消除了對(duì)礫石充填的需要，進(jìn)而減少了腐蝕的可能性并使地層穩(wěn)定。
如果需要，一旦薄板已經(jīng)展開并被安裝在導(dǎo)管或井孔內(nèi)，那么薄板或篩管的重疊端部就可相對(duì)保持在一個(gè)固定的位置上。這一點(diǎn)可通過將重疊的端部焊接或連接在一起，或通過在重疊端部上設(shè)置鎖緊槽或設(shè)置允許薄板或篩管展開但可防止其重新渦卷的棘爪而得以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于沿流體導(dǎo)管的內(nèi)表面安裝渦卷的彈性薄板的方法，該方法包括以下步驟-渦卷彈性薄板并將被渦卷的薄板固定到運(yùn)載工具上，從而使運(yùn)送渦卷薄板的運(yùn)載工具能夠通過導(dǎo)管移動(dòng)；-在導(dǎo)管內(nèi)將運(yùn)載工具移動(dòng)到彈性薄板要被安裝的位置上；-將彈性薄板從運(yùn)載工具上釋放出來，以允許彈性薄板朝向?qū)Ч艿膬?nèi)表面展開，其特征在于所述彈性薄板其平均壁厚至少為2mm，其彈性應(yīng)變或可恢復(fù)的假?gòu)椥詰?yīng)變?yōu)?.6％，以使被渦卷的薄板以足夠使薄板本身壓靠在導(dǎo)管之內(nèi)表面的適當(dāng)位置上并可在安裝后保持在適當(dāng)位置上的張開力展開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述彈性薄板平均壁厚為至少3mm，并由彈性模量不大于115.000MPa且彈性極限應(yīng)力至少為825MPa的鈦合金制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述彈性薄板材料平均壁厚至少為4mm，而且由Ti-6A1-4V合金制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述流體導(dǎo)管由生產(chǎn)烴類的油井的流入?yún)^(qū)域形成，而且所述薄板以規(guī)則的間隔被鉆孔并沿井孔的內(nèi)表面被安裝，從而用作油井篩管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述鉆孔包括細(xì)長(zhǎng)的圓周槽，這些圓周槽沿軸向和穿過薄板的圓周方向以基本平行的行排列，同時(shí)在成行的槽之間不存在交錯(cuò)排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述鉆孔沿徑向成錐形，以使最小寬度的鉆孔定位于被渦卷的彈性薄板的外表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述彈性薄板其厚度為至少5mm，而且由假?gòu)椥院辖鹬瞥伞?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述合金為固溶處理過的Ti-16V-3Al-6Zr合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述合金為TiNi合金。
全文摘要
一種被渦卷的彈性薄板(3)通過運(yùn)載工具(5)壓靠流體導(dǎo)管(1)的內(nèi)表面被安裝,平均厚度大于2mm、可恢復(fù)的彈性或假?gòu)椥詰?yīng)變至少為0.6%的彈性薄板從運(yùn)載工具上被釋放,從而使薄板以足夠令其本身沿導(dǎo)管的內(nèi)表面壓靠在適當(dāng)位置上并在安裝后保持在適當(dāng)位置上的張開力展開。
文檔編號(hào)E21B29/10GK1268206SQ98808569
公開日2000年9月27日 申請(qǐng)日期1998年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月27日
發(fā)明者馬丁·唐納利, 威廉默斯·克里斯塔納斯·瑪利亞·洛貝, 羅伯特·布魯斯·斯圖爾特 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司