防砂筛管的制造.pdf

通过绕着中心管和位于中心管外侧的多个杆缠绕金属丝在穿孔的中心管上形成基于杆的井筛。当金属丝被绕着中心管缠绕时，金属丝被相继地焊接到每个杆上。焊接和接地电极与金属丝和杆分别接合。与接地电极接合的杆位于绕着杆和中心管缠绕的金属丝前面短距离处。接地电极包括多个触头。每个触头安装成向着和远离杆枢转。弹簧将每个触头推向杆，以保持杆紧靠中心管外表面并且在触头与杆之间保持良好的电接触。

1、  一种绕丝组件，用于利用金属丝在中心管上制造防砂筛管，所述中心管具有沿着所述中心管外表面延伸的多个杆，所述绕丝组件包括：
管支承部，所述管支承部用于支承所述中心管并且绕着所述中心管的纵向轴向施加转动；
金属丝进给装置，所述金属丝进给装置适合于绕着所述中心管和杆的外部以间隔开的螺旋圈缠绕金属丝；
第一电极，所述第一电极定位成在所述金属丝绕着所述杆被缠绕时与所述金属丝接合并将所述金属丝焊接到每个杆上；以及
第二电极，所述第二电极具有安装环和多个隔开的单个触头，每个单个触头仅与所述杆中的一个杆接合，所述安装环的内径大于所述中心管的外径，每个触头适合于沿着所述安装环径向向内和向外移动，以便与所述杆接合和脱离接合；
其中，当所述金属丝与每个杆接合时，所述第一电极和所述第二电极形成电路，以便将所述金属丝焊接到所述杆上。

2、  如权利要求1所述的绕丝组件，其特征在于，所述中心管包括径向向外突出超过所述中心管外径的阻碍部；以及
所述安装环的内径足够地大以允许所述阻碍部通过。

3、  如权利要求2所述的绕丝组件，其特征在于，每个触头包括沿着表面形成的鸠尾形突出型部；以及
所述安装环包括形成在所述安装环的面上用于每个触头的鸠尾形凹槽，所述安装环适合于将所述触头的所述型部接收在所述凹槽中以使所述触头滑动。

4、  如权利要求2所述的绕丝组件，其特征在于，每个触头包括沿着表面形成的鸠尾形凹槽；以及
所述安装环包括形成在所述安装环的面上用于每个触头的鸠尾形突出型部，所述安装环适合于使每个触头的所述鸠尾形凹槽与所述安装环的面上的每个突出型部接合以使所述触头滑动。

5、  如权利要求1所述的绕丝组件，其特征在于，还包括：
接近所述第二电极的所述触头布置的轮，所述轮适合于每当一个触头与所述杆中的一个杆接合时对这个触头施加力。

6、  如权利要求2所述的绕丝组件，其特征在于，每个触头借助于带销的连接被连接到所述安装环。

7、  一种在中心管上制造防砂筛管的方法，所述中心管具有从所述中心管径向向外突出的阻碍部，所述方法包括：
安装所述中心管以便绕着其纵向轴线旋转；
沿着所述中心管的外表面布置多个杆；
使所述中心管和杆旋转以便绕着所述中心管和杆以间隔开的螺旋圈缠绕金属丝；
当所述金属丝与所述杆接合时将所述金属丝焊接到所述杆上；
设置一组用于使所述杆接地的触头；
通过隔开的单个触头使被缠绕的金属丝前面的每个单个杆接地，隔开的单个触头仅与在所述杆的外表面上紧邻所述金属丝的所述单个杆接合；以及
径向向外移动所述触头以越过阻碍部。

8、  如权利要求7所述的方法，其特征在于，移动所述触头还包括沿着凹槽径向向外滑动所述触头以越过阻碍部。

9、  如权利要求7所述的方法，其特征在于，移动所述触头还包括沿着凹槽径向向外转动所述触头以越过阻碍部。

10、  如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括紧靠与所述杆接合的单个触头施加力。

防砂筛管的制造
本申请要求2007年7月6日提交的名称为“防砂筛管的制造”的美国临时申请No.60/948,210以及2008年4月21日提交的名称为“防砂筛管的制造”的美国非临时申请No.12/106,849的优先权。
技术领域
本申请大体涉及地下地层中碳氢化合物的回收，更具体地涉及用于制造防砂筛管组件的工具、系统和方法。
背景技术
诸如原油和天然气的碳氢化合物流体通过钻出穿过含有碳氢化合物的地层的井被从称作储层的地下地质地层获得。一旦钻出井筒，必须在可以从井中开采碳氢化合物之前进行完井。完井涉及用于在井筒中或者井筒周围运输、泵送或控制流体的开采与喷射的设备和材料的设计、选择以及安装。在完井之后，可以开始原油和天然气的开采。
从松散的地层流入井筒中的砂和淤泥可能导致井筒中的装填物堆积、降低的开采率以及对地下开采设备的损坏。流沙可能在地下开采设备周围造成堵塞、或者可能进入开采管道并且夹带到开采设备中。由于其高度的磨蚀性，包含在开采物中的砂可能导致管道、出油管、阀和处理设备的腐蚀。由砂开采物导致的问题可能显著地增加运行和维护费用并且可能导致井的总损失。
控制砂开采物的一种方式是在开槽的、穿孔的或者其它类型的衬管或防砂筛管的外部周围设置相对大颗粒砂(例如，砾石)。砾石用作过滤器，以有助于确保地层细粒和砂不会随着开采的流体移动到井筒中。在典型的砾石封隔完井时，防砂筛管放置在井筒中并且定位在将要完井的松散地层中以便进行开采。防砂筛管通常连接到包括开采封隔器和转换装置的工具上，该工具又连接到工作或者开采管柱。砾石与承载流体混合并且以泥浆形式泵送入管道并且经过转换装置，从而流入防砂筛管与井筒之间的环形空间。泥浆中的承载流体漏入地层和/或经过防砂筛管。防砂筛管设计成防止泥浆中的砾石(以及诸如砂和淤泥的其它污物)流过防砂筛管并且进入开采管道。结果，砾石沉积在防砂筛管周围的环形空间中，在此它形成砾石封隔。重要的是对地层砂的合适污物选择尺寸，并且防砂筛管必须以防止砾石流过防砂筛管的方式设计。
防砂筛管的类型可以包括被金属丝-缠绕的筛管和金属丝网筛管。被金属丝-缠绕的筛管通常包括相对细的金属丝，金属丝缠绕并且点焊到下层管上，使空隙空间位于相邻金属丝之间，从而使空隙空间尺寸选择成防止预定尺寸的颗粒通过被金属丝-缠绕的筛管。金属丝缠绕技术的示例公开在美国专利No.3,275,785和No.4,314,129中，它们通过引用包括在本文中。这种筛管通常围绕称作中心管的穿孔管的一段。因此，碳氢化合物流体(例如，原油)被允许流过被金属丝-缠绕的筛管并且一定比例的颗粒物被过滤而不能流过。沿着中心管的侧部的穿孔允许流体进入开采管道。在其它防砂筛管实施例中，筛管围绕实心中心管，该中心管具有调节流体流入中心管的流入控制装置。
本发明包括用于制造这种防砂筛管的工具、系统、和方法的各种实施例。
发明内容
本发明的实施例包括一种绕丝组件，用于利用金属丝在中心管上制造防砂筛管，所述中心管具有沿着所述中心管外表面延伸的多个杆。所述绕丝组件包括：(1)管支承部，所述管支承部用于支承所述中心管并且绕着所述中心管的纵向轴向施加转动；(2)金属丝进给装置，所述金属丝进给装置适合于绕着所述中心管和杆的外部以间隔开的螺旋圈缠绕金属丝；(3)第一电极，所述第一电极定位成在所述金属丝绕着所述杆被缠绕时与所述金属丝接合并将所述金属丝焊接到每个杆上；以及(4)第二电极，所述第二电极具有安装环和多个隔开的单个触头，每个单个触头仅与所述杆中的一个杆接合，所述安装环的内径大于所述中心管的外径，每个触头适合于沿着所述安装环径向向内和向外移动，以便与所述杆接合和脱离接合；其中，当所述金属丝与每个杆接合时，所述第一电极和所述第二电极形成电路，以便将所述金属丝焊接到所述杆上。通常，所述中心管包括径向向外突出超过所述中心管外径的阻碍部(例如，终止环、载荷环、喷嘴环、端环等)。所述安装环的内径足够地大以允许所述阻碍部通过。
在某些实施例中，每个触头包括沿着表面形成的鸠尾形突出型部，以及所述安装环包括形成在所述安装环的面上用于每个触头的鸠尾形凹槽，所述安装环适合于将所述触头的所述型部接收在所述凹槽中以使所述触头滑动。
在替代实施例中，每个触头包括沿着表面形成的鸠尾形凹槽，以及所述安装环包括形成在所述安装环的面上用于每个触头的鸠尾形突出型部，所述安装环适合于使每个触头的所述鸠尾形凹槽与所述安装环的面上的每个突出型部接合以使所述触头滑动。
在另一些实施例中，每个触头借助于带销的连接被连接到所述安装环。
在又一些实施例中，轮接近所述第二电极的所述触头布置，所述轮适合于每当一个触头与所述杆中的一个杆接合时对这个触头施加力。
本发明还包括一种在中心管上制造防砂筛管的方法，所述中心管具有从所述中心管径向向外突出的阻碍部。这种方法的一个实施例包括如下步骤：(1)安装所述中心管以便绕着其纵向轴线旋转；(2)沿着所述中心管的外表面布置多个杆；(3)使所述中心管和杆旋转以便绕着所述中心管和杆以间隔开的螺旋圈缠绕金属丝；(4)当所述金属丝与所述杆接合时将所述金属丝焊接到所述杆上；(5)设置一组用于使所述杆接地的触头；(6)通过隔开的单个触头使被缠绕的金属丝前面的每个单个杆接地，隔开的单个触头仅与在所述杆的外表面上紧邻所述金属丝的所述单个杆接合；以及(7)径向向外移动(例如，滑动和转动)所述触头以越过阻碍部。这种方法的其它实施例还包括设置轮，以紧靠触头的背部施加力，以有助于与杆的更强的触头接合。
本发明的其它或者替代实施例将从以下描述、附图和权利要求中变得明显。
附图说明
图1显示了用于制造美国专利No.4,314,129所示的被金属丝-缠绕的筛管的现有技术的机构的示意图。
图2显示了具有位于被金属丝-缠绕的部分之间的端环的被金属丝-缠绕的防砂筛管组件的示意图，以及端环的放大图。
图3A-3B显示了根据本发明的用于滑动焊接触头的绕丝组件的实施例的部分切掉的示意图。
图4A-4B显示了根据本发明的用于滑动焊接触头的绕丝组件的实施例的横截面图。
图5显示了根据本发明的用于枢转焊接触头的绕丝组件的实施例的部分切掉的示意图。
图6显示了根据本发明的用于提供改进的焊接电流路径的绕丝组件的实施例的部分切掉的示意图。
应理解的是，附图仅仅显示了本发明的典型实施例，因此不能认为限制本发明的范围，因为本发明可以允许其它等效实施例。
具体实施方式
在以下描述中，提出许多细节以便理解本发明。但是，本领域技术人员应理解的是，本发明可以在没有这些细节的情况下实施，并且本发明可以对以下实施例进行多种变化或修改。
在说明书和权利要求书中，术语“连接”用于表示“直接连接”或者“通过其它元件连接”；术语“组”用于表示“一个元件”或“不止一个元件”。如这里所使用的，用于表示在给定点或元件上方或下方的相对位置的术语“向上”和“向下”，“上部”和“下部”，“向上地”和“向下地”，“上游”和“下游”，“上方”和“下方”以及其它类似术语用于在说明书中更清楚地描述本发明的一些实施例。而且，术语“密封机构”包括封隔器、桥塞、井下阀、滑动套筒、挡板-塞组合、抛光座圈(PBR)密封、以及用于暂时阻挡流体流过井筒的所有其它方法和装置。此外，尽管通篇使用了术语“连续油管”，它实际上可以被接头管道或者用于在井筒延伸的任何相对小直径管道所代替。
通常，本发明的各种实施例包括在被金属丝-缠绕的防砂筛管制造作业的焊接工艺中改进的电流路径、以及用于绕着防砂筛管组件缠绕金属丝的方法和设备，其中管状组件由具有不同直径的构件形成。
利用管处理/旋转支承设备绕着管状结构(例如，穿孔中心管)缠绕并且焊接金属丝的绕丝机在本领域是公知的。参照图1，美国专利No.4,314,129描述该现有技术如下：
中心管10设置有多个穿孔11。多个杆12沿着中心管的外表面延伸，大体上与其纵轴线平行。杆通常绕着中心管的外部等距离间隔开。金属丝14被绕着中心管和杆缠绕以形成筛管。金属丝进给装置没有被显示，但它具有传统结构，通常包括金属丝从其被进给的鼓状部。通常，某类制动装置被用于保持金属丝张紧，以使它绕着中心管和杆弯曲。
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为了使金属丝缠绕在中心管和杆上，在中心管和杆与金属丝进给装置之间的旋转是必要的。通常，金属丝进给装置是固定的，中心管和杆被旋转。同时，中心管和杆以一速度纵向地移动，该速度与旋转速度一起在金属丝的相邻圈之间提供所需间隔。替代地，金属丝进给装置可以沿着中心管和杆的纵向被移动，同时中心管和杆被旋转。
根据本发明，第一电极16被定位成在金属丝被缠绕在管上时与金属丝接合并且提供焊接电流，焊接电流使金属丝与它接合的杆熔合在一起。电极是盘形的并且沿着金属丝滚动。为了完成回路，在缠绕的金属丝前面短距离处提供将杆连接到地面的装置。
在图1所示实施例中，这种装置包括第二或接地电极18。接地电极18包括多个触头组件20。每个触头组件包括触头22，用于与沿着中心管表面延伸的杆之一接触。每个触头组件沿着从中心管中心径向延伸的线安装到板28上。每个触头与设置在中心管外部的杆之一接合。
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包括触头22的电极18应当由具有良好导电性的材料诸如铜制成。这降低了在触点与杆之间发生任何焊接的趋势。杆大体是钢质的，通常是不锈钢。用于杆组件和安装板28的壳体也应当由具有良好导电性的材料制成。接地电极组件被安装在与杆和中心管一起旋转的旋转头上。换向器或类似装置(没有显示)将该电极连接到地面。
通过提供机械装置以便：(a)径向向外调节触头以越过从中心管突出的阻碍部，(b)允许焊接电流具有更优化的路径，和(c)描述和/或显示在这里的其它优点，本发明的实施例改进了已知的现有技术(包括但不局限于美国专利No.4,314,129描述的方法和工具)。
参照图2，显示的防砂筛管组件100具有绕着中心管104形成的金属丝缠绕部分102，其中，金属丝缠绕部分由径向突出的终止环106(例如，载荷套筒或扭转套筒)限界。其它径向突出阻碍部可以包括喷嘴环(就流入控制或喷射而言)或分流管组件或其它外部组件。
参照图3A-3B和4A-4B，本发明的一个实施例包括改进的绕丝组件(例如，象以上描述和图1所显示的)，用于横跨一组轴向杆108使中心管104缠绕并且焊接有金属丝109，其中，中心管包括径向突出阻碍部106。改进的绕丝组件包括安装环或板200，用于保持多个接地电极触头204。每个触头204包括(a)用于与安装环200上的对应凹槽208匹配的鸠尾形型部204A和(b)用于与每个轴向杆108接合的触头型部。在替代实施例中，触头可以包括对应的凹槽，并且安装环可以包括鸠尾形型部。
作业时，为了使金属丝缠绕中心管104，触头204与轴向杆108接合以提供充分的接地，以便将金属丝109焊接到轴向杆108上(如图3A和4A所示)。当筛管部被缠绕并且遇到突出阻碍部106时，触头204被允许沿着安装环200的凹槽208径向向外滑动以越过该阻碍部(如图3B和4B所示)。当到达阻碍部时，缠绕工艺停止，绕丝组件可以移动到中心管104上的新位置，即使阻碍部在位的情况下。一旦越过，触头204可以径向向内滑动以便与杆108重新接合。
在其它实施例中，绕丝组件可以还包括连接到每个触头的偏压部件(例如，弹簧)，用于径向向内偏压触头。偏压部件允许触头径向向外滑动以越过突出的阻碍部，随后施加足够的力将触头移回到与轴向杆接合。
在本发明的替代实施例中，参照图5，代替滑动接合，接地电极触头206与安装环200旋转接合。每个触头206包括用于连接到安装环200的销207，使得触头可以自由地旋转差不多90度，以便将触头从中心管104完全移离并且允许越过任何突出的阻碍部。尽管现有技术的绕丝机包括的触头允许非常有限程度的枢转以适应下层中心管的微小偏心或椭圆度或者其它缺陷，本实施例允许触头根据绕丝组件越过更大阻碍部所需的更大程度的枢转。
在本发明的另一实施例中，参照图6，与连接到中心管104的轴向杆204接合的接地电极触头204位于如上所述的旋转安装环200(或板)上。安装环200的旋转可以与中心管的旋转同步。与轴向杆接合的触头具有一些自由度，以便在缠绕工艺过程中径向移动以适应下层中心管的微小偏心或椭圆度或者其它缺陷、或者甚至大体向外移动以适应沿着中心管的阻碍部诸如端环(如上所述)。轮装置210包括在该绕丝组件中，以便在它移动到点焊位置时与触头204对齐。力F通过轮210施加到触头204，以便更加易于紧靠轴向杆108固定触头204。这有助于相对于现有技术形成更加直接的电流路径。
尽管已经参照多个实施例公开了本发明，本领域技术人员可理解的是可以具有多种修改和变化。权利要求书意欲覆盖落入本发明精神和范围之内的这些修改和变化。