JP4746101B2 - 深層濾過を備える粒子制御スクリーン - Google Patents

Description

本出願は、２００６年５月４日に出願された米国特許仮出願第６０／７９７，８９７号の恩典を主張し、その全開示を参考文献としてここに援用する。

本発明は、深層濾過用の粒子制御スクリーンに関し、特に井で使用するものに関する。

石油及びガスの井内の液体と気体は、サンド、泥、及び他の未固結粒子状物質を含む、濾過する必要のある微粒子を通常含んでいる。生産流体及び井装置内のサンド及び他の微細粒子の存在は、高価な井用機械と設備の急速な腐食にしばしばつながる。

サンドスクリーン又は井スクリーンとして既知の地中フィルターは、生産流体から微粒子を取り除くために石油産業で使用されてきた。井スクリーンは、概して管状の形で、有孔ベースパイプと、該パイプ回りに巻き固定する多孔性のフィルター層と、外カバーとを有している。該井スクリーンは、流体が生産ラインに入る所で使用されるので、生産流体は、生産ラインに入りポンプで地表に汲み出される前に該フィルター層を通って、該有孔パイプ内に行かなければならない。

ダウンホール（油井穴）濾過の関連で、織金網は表面濾過と考えられ、該網が所望のミクロン（μｍ）寸法以上の粒子が該網を通過するのを防ぎ、全ての粒子が該網の上面で捕捉されることを意味する。ワイヤラップも又、よくある表面濾過の一種である。ワイヤラップはベースパイプ回りに巻き付ける通常三角形のワイヤで、ミクロン等級を達成ためにワイヤ間に一定の隙間を有する。表面濾過が有する一つの問題は、より大きい粒子がフィルター層で捕捉されると、空間がだんだん小さくなり、従って、だんだん小さい粒子を捕捉していく、ということである。捕捉される粒子は極めて微細なので、結局、該フィルターは目詰まりを起こし、スクリーンを通ってベースパイプに行く生産流体の流れを激減させ、或は、止まらせる。

スマトラ、ブラジル、北海及びカザフスタンの原野に加え、ベネズエラのオリノコベルトやアルバータのオイルサンドには、濃く、多量の粘性のある炭化水素が埋蔵量されている。重油、超重油、オイルサンド、或は瀝青（ビチューメン）といった異なる名前がこの物質を説明するのに使用される。重油は、アスファルトの、濃い（つまり、ＡＰＩ比重が小さい）、そして粘性のオイルで、該オイル内にほとんどの硫黄と金属を組み込んでいる極めて大きい分子であるアスファルテンが存在するという化学的特性を有する。重油は概してＡＰＩ比重２２度より小さい比重と、１００センチポアズより大きい粘度を有する。超重油は、１０度より小さいＡＰＩ比重を有する重油である。天然ビチューメン、別名タールサンドまたはオイルサンドは、一般的に、１０，０００センチポアズより大きい粘性を有する。オイルサンドは、低い１０％のビチューメンと、８５％以上の粘土、サンド及び岩を含む。重油は地層から取り除くのが難しく、又、通常の油層よりもより多くの粒子状物質を含んでいる。このように、重油は概して通常の油層よりも濾過するのが難しい。

従って、改良された濾過性能を有する、そして特に重油にて使用する、ダウンホールフィルターアセンブリへのニーズがある。
米国特許仮出願第６０／７９７，８９７号

種々の面において、本発明は、濾過媒体の厚さに亘って異なる寸法の粒子を異なる位置にて補足するために深層濾過を使用する。より大きい粒子は外網層で捕捉され、それに続く層が次第により小さい粒子を捕捉し、最後の所望のミクロン等級に到達する。これによって、粒子積層が極めて微細になって目詰まりが起きるのを、防ぐことが出来、フィルターの粒子保持能力を増加させ、それによって、フィルターにより長い製品寿命を与える。

一面において、粒子制御スクリーンは支持層を含む。第一フィルター層が該支持層回りに配置される。第二フィルター層が第一フィルター層回りに配置される。第三フィルター層が該第二フィルター層回りに配置される。各フィルター層は孔寸法を有する。第三フィルター層の孔寸法は第二フィルター層の孔寸法より大きい。第二フィルター層の孔寸法は第一フィルター層の孔寸法より大きい。

もう一つの面において、ダウンホール地層の流体の濾過法は、ベースパイプと粒子制御スクリーンアセンブリとを備えるアセンブリの提供を含む。該粒子制御スクリーンアセンブリは支持層と、該支持層回りに配置される第一フィルター層と、第一フィルター層回りに配置される第二フィルター層と、を含む。各フィルター層は、孔寸法を有している。第二フィルター層の孔寸法は第一フィルター層の孔寸法より大きい。該粒子制御スクリーンアセンブリの少なくとも第一端部はベースパイプに環状に溶接されている。該アセンブリは、重油を含む流体を有するダウンホール地層内に配置される。該流体は該地層から該粒子制御スクリーンアセンブリを通して該ベースパイプに吸い込まれる。該粒子制御スクリーンアセンブリは、該流体を濾過する。

本発明は図を参照して説明されるが、同一要素は同一番号で言及される。本発明の種々の要素の関係と機能は、以下の説明にてよりよく理解される。そのように画定される各特徴は、その逆を明示しない限り、あらゆる他の特徴と組合せることが出来る。以下に説明する実施態様は、あくまで例示によるものであり、本発明は図示した実施例に限定されるものではない。

従来の表面濾過方法においては、粒子はフィルター層で捕らえられ、その結果、スクリーンの目詰まりが起きるほど元の濾過網のミクロン等級よりかなり小さい実効ミクロン等級になっている。本発明は、濾過媒体の厚さの全体に亘って異なる位置で異なるサイズの粒子を捕らえるために、深層濾過を使用する。より大きい粒子は最外フィルター層にて捕らえられ、より小さい粒子はより内側の層にて捕らえられ、最後の所望のミクロン等級に達する。深層濾過は、粒子積層がフィルターの粒子等級を減少させるのを防ぎ、フィルターの粒子保持能力を増加させフィルターの製品寿命を長くさせる。

本発明は重油の濾過に特に有効である。ここにおいて使用されるように、用語「重油」は、重油、超重質油、オイルサンド、タールサンド、及び、ビチューメンを含む。その高い粘性のため、重油は従来の井では容易に流れない。重油は、限定されない例として、水蒸気攻法（ｓｔｅａｍ ｆｌｏｏｄ）、スチーム補助重力排油法（ＳＡＧＤ）、及び、一次回収（ｃｏｌｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）を含む幾つかの方法を使って抽出され得る。水蒸気攻法では、圧入井にてスチームが重油埋蔵層にポンプにて注入される。スチーム圧が、熱くなった重油を隣接する生産井へ押しやる。ＳＡＧＤでは、オイルサンド内に二つの水平井が、一つはその地層の底に、もう一つはその上に掘られる。スチームは、熱がビチューメンを溶かす上部井に圧入される。ビチューメンは低いほうの井に流れ、そこでポンプで地表に送られる。一次回収では、多くの場合、順送り空洞ポンプ（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ ｃａｖｉｔｙ ｐｕｍｐ）と呼ばれる特別のポンプを使用して、重油が単にポンプにて地層から送り出される。これは、重油が十分に流動性を有している地域のみでうまく行く。これらの方法はいずれも、概して、従来の油鉱床より粒子状物質を多く含む結果になる。

図１と図２Ａを参照すると、粒子制御スクリーンアセンブリ１０の第一実施形態が、サンド又は粒子のフィルターシステムに一体化したものとして示されている。粒子制御スクリーンアセンブリ１０は、例えば井穴に配置される、ベースパイプ２０に搭載されている。粒子制御スクリーンアセンブリ１０は、ベースパイプ２０回りに配置され、ラッパー或はシュラウド３０が、粒子制御スクリーンアセンブリ１０回りに配置される。ラッパー３０は、概して穴が開いているか、スロットがあるか、ワイヤラッピングがされている。ベースパイプ２０の一部は、穴２２が開けられているので、石油、天然ガス、又は、重油が井穴から流れ入ることが可能となる。このような穴２２を通ってサンド又は他の粒子がベースパイプ２０内に入るのを防ぐために、ベースパイプ２０の穴の開いた部分は粒子制御スクリーンアセンブリ１０で覆われる。図１は、見やすくするために種々の層を切り取ったものを示しているが、実際使用する場合はこれらの層は、通常実質的にベースパイプ２０の全長に亘る。

粒子制御スクリーンアセンブリ１０は、ベースパイプ２０と整合するために通常円筒形になっている。図２Ａに示すように、該粒子制御スクリーンは、少なくとも一つの支持層１２と、該支持層回りに少なくとも二つのフィルター層１４、１６とを含む。深層濾過の効果を生み出すために、外側フィルター層１６の孔寸法は、内側フィルター層１４の孔寸法よりも大きい。一つの実施例においては、該粒子制御スクリーンは、三つのフィルター層１４、１６、１８を含み、外側フィルター層１８の孔寸法は第二フィルター層１６の孔寸法よりも大きく、第二フィルター層１６の孔寸法は内側フィルター層１４の孔寸法よりも大きい。

フィルター層の数は、所望の利用方法によって変わる。例えば、別の実施形態においては、該粒子制御スクリーンは、支持層１２と内側フィルター層１４との間に配置される第四のフィルター層（図示せず）を含んでもよい。他の実施形態においては、該粒子制御スクリーンは、５つ、６つ、又はそれより多くのフィルター層を含んでもよい。

支持層１２は、スクリーンアセンブリ１０に構造支持を提供し、また排水層としても作用する。支持層１２は、織金網、溶接ワイヤ、ワイヤラップ、又は、濾過層を支持しフィルター媒体とベースパイプの間の地層流体の排水用流路となる他のいずれの構造物であってよい。第二実施形態である、図２Ｂに示す粒子制御スクリーン１５は、内側支持層１２回りに配置される第二支持層１３を含む。第二支持層１３は、付加的構造支持と、排水機能を提供する。

フィルター層１４、１６、１８は、金網である。しかし、他の材料も可能である。フィルター層１４、１６、１８は、拡散接合され、焼結され、又は非焼結されていてもよい。スクエア織り（平織りと綾織りの両方を含む）やオランダ織り（平織り、綾織り、逆さ織り、或は逆さ綾織りを含む）といった種々の型の織りが使用される。フィルター層１４、１６、１８は、深層濾過媒体を形成するのに正方形網を使用するのが好ましい。しかしながら、フィルター層１４、１６、１８は、異なるワイヤ総数を有する同じ直径の縦糸とシュート（ｓｈｕｔｅ）との平織りである、オフアスペクト（ｏｆｆ−ａｓｐｅｃｔ）又は「オフカウント（ｏｆｆ−ｃｏｕｎｔ）」織りも使用してもよい。フィルター層１４、１６、１８は、あらゆる型の網及び網総数及びワイヤ直径を使用して形成され得ることに注意されたい。

図３Ａと図３Ｂに示すように、支持層１２とフィルター層１４、１６、１８は、概して互いに直に接している。利用法に依って、円筒状金属構造物４０も使用できる。金属構造物４０は、スクリーンアセンブリ１０をその端部にて保護する「安全縁」を提供し、他の構造物（例えばベースパイプ２０）に溶接可能であり、網層のスクリーンワイヤを燃やす心配をすることなく所望の如く溶接可能である。フィルター層１４、１６、１８は、金属構造物４０材料の一部に重なり、溶接されることも可能である。環状金属溶接部４２は、スクリーンアセンブリ１０と円筒状金属構造物４０を接続する。図３Ｂに示す実施形態において、粒子スクリーンアセンブリ１７は、一つの支持層１２と二つのフィルター層１４、１６を含む。

図３Ａ、図３Ｂ、及び図４に示すように、支持層１２と網層１４、１６、１８は、層間に相当な隙間がないように互いに直に接しているのが好ましい。しかしながら、いくつかの又は全部の層間で隙間を有することもあり得る。さらに、追加の網層のようなスペーサー又は他の材料を網層間に有することもあり得る。このスペーサー又は追加の網層は、焼結された又は拡散接合された網層を用いる使用には特に有用である。更に、粒子制御スクリーン１０は拡張性スクリーンの使用にも用いられる。

図１でよくわかるように、粒子制御スクリーン１０は、粒子制御スクリーンアセンブリ１０の長さに亘って延びる長手方向溶接継ぎ目３２を有するのが望ましい。溶接継ぎ目３２は、フィルター層の一方の縁部３４を他方の縁部３６に密封する。溶接継ぎ目３２は、支持層１２とフィルター層１４、１６、１８を結合させることも出来る。以下に説明するように、フィルター層はベースパイプ２０回りを螺旋状に包むことも可能である。

サンド及び微粒子の十分な濾過性能を提供するために、フィルター層１４、１６、１８は、ある大きさの粒子がベースパイプ２０を通って流入するのを選択的に防止するための孔寸法を有する。第一又は最内部フィルター層１４は、７５ミクロン（μｍ）から３００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有するのが好ましい。第二又は中間フィルター層１６は、１５０ミクロン（μｍ）から４００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有するのが好ましい。第三又は外側フィルター層１８は、２００ミクロン（μｍ）から１２００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有するのが好ましい。追加のフィルター層（図示せず）は、７５ミクロン（μｍ）から１５０ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する最内部層として支持層１２回りに配置されてもよい。

異なるダウンホール条件では、異なる粒子サイズ分布を有する流体を含んでいる可能性がある。従って、流体の粒子サイズ分布は、該粒子制御スクリーンアセンブリの網層の孔寸法の選択に影響する。種々の実施形態において、第一フィルター層１４は、１００ミクロン（μｍ）から２００ミクロン（μｍ）の間、或は２００ミクロン（μｍ）から３００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する。第二フィルター層１６は、１５０ミクロン（μｍ）から３００ミクロン（μｍ）の間、或は２５０ミクロン（μｍ）から３５０ミクロン（μｍ）の間、或は３００ミクロン（μｍ）から４５０ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する。第三フィルター層１８は、５００ミクロン（μｍ）から１２００ミクロン（μｍ）の間、或は２００ミクロン（μｍ）から４００ミクロン（μｍ）の間、或は５００ミクロン（μｍ）から６００ミクロン（μｍ）の間、或は６００ミクロン（μｍ）から８００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する。

支持又は排水層１２（もし存在すれば、支持又は排水層１３）は、概してフィルター層より極めて粗い。例えば、支持層１２の通常のサイズは、１６×１６×０．０２３インチ、と、２０×２０×０．０１６インチ、と、１０×１０×０．０３５インチ、とを含む。支持層１２及び／又は１３は、より粗い層（８×８×０．０３２インチのような）でもあり得るが、それは該継ぎ目にて他の網と一体に溶接するのを困難にする。より粗い支持／排水層が必要とされる場合、該支持／排水層は通常、継ぎ目溶接には結びつかないであろう。該支持及び／又はフィルター層は、ワイヤラップを含むことも可能である。

粒子制御スクリーンアセンブリ１０（及び／又は金属構造物４０）の少なくとも一つの端部２４は、ベースパイプ２０に通常環状で溶接２６で接合される。ラッパー３０が該粒子制御スクリーン回りに配置され、そこに溶接されるのが好ましい。このようにすると、ベースパイプ２０と井の地層との間に密封が提供されるので、粒子制御スクリーンアセンブリ１０によって濾過されない地層の流体は、ベースパイプ２０に入り込めない。

粒子制御アセンブリ１０の動作は次の通りである。粒子制御スクリーンアセンブリ１０は、ダウンホール又は地下の地層に配置される。重油又は原油のような炭化水素を含む流体は、アセンブリ１０を通って地表に流れる。この流体は天然ガスや蒸気及び／又は水といった他の成分も含んでいる可能性がある。ポンプ力による、又はボアホール内に存在する圧力によって、流体はアセンブリを通って流れる。アセンブリ１０を通って流れる際、流体は最初に外側ラッパー３０を通過する。最外部フィルター層１８は、相対的に大きい粒子を流体から取り除く。次のフィルター層１６は、中間サイズの粒子を流体から取り除く。内側フィルター層１４は、より小さい粒子を流体から取り除く。その後、流体はベースパイプ２０のホール２２を通過し、その後地表に汲み上げられる。この多層濾過は、単層濾過よりもより効果的な粒子の除去を提供する。

各フィルター層は概して、０．１３ｍｍから１．５ｍｍ（０．００５インチから０．０６インチ）の間の厚さを有する。粒子制御スクリーン１０は通常、約０．５ｍｍから７．６ｍｍ（約０．０２インチから約０．３インチ）の間、好ましくは約１．３ｍｍから３．８ｍｍ（約０．０５インチから約０．１５インチ）の間、そして最も好ましくは約１．８ｍｍから２．３ｍｍ（約０．０７インチから０．０９インチ）の間、の断面厚さを有する。井での使用では、粒子制御スクリーンアセンブリ１０は通常、約０．９１ｍから１２．２ｍ（約３フィートから約４０フィート）の間の軸方向長さを有している。実際のサイズ範囲は実際の井の必要条件に依って変わり得ることは理解されたい。

次に、粒子制御スクリーンアセンブリ１０の形成方法について説明すると、支持層１２とフィルター層１４、１６、１８は、拡散接合、焼結、又は非焼結である。非焼結フィルター層の場合、必要な濾過品質次第の網サイズを有する２枚以上のフィルター層が積層されている。該フィルター層は、相互に対して多層非焼結スクリーンを形成するように配置されている。該フィルター層は、後の生産ステップに備えて自身を定位置に保持するように連結されてもよい。該フィルター層は、連結中に波打たないよう、板によって平らになるように押圧される。金属片４０（図３Ａと図３Ｂに示す）が多層非焼結スクリーンの両端に取り付けられる。金属片４０は、それぞれ多層非焼結スクリーンに溶接される。

該スクリーンは、その後概して円筒形に形成される。該層の長手方向縁部が整合しないとき、トリミングを行い各層の長手方向縁部が概して完全に重なり合うようにする。該長手方向縁部をトリミングするのに、プラズマカッティング装置が使用される。トリミングをするために、該概して円筒形スクリーンがプラズマカッティング装置に置かれ、マンドレルに固定される。このマンドレルは該概して円筒形スクリーンをしっかりと保持するのに使用され、かつプラズマカッティング装置が長手方向縁部をトリミングするのに案内役ともなっている。該マンドレルは、その長さに沿う破砕スロットを備えている。プラズマトーチがマンドレルに沿って移動し、各層の長手方向縁部をトリミングする。そのトリミング工程により、非焼結／非拡散接合網層の長手方向溶接の形成を可能となる。該網層の長手方向縁部はその後共に溶接される。長手方向継ぎ目溶接３２が、図１に示すように該アセンブリの全長に沿って設けられる。

他の構成として、該フィルター層は、図５に示すように、ベースパイプ２０又は支持層１２回りに螺旋状ラッピングで配置される。幾つかのフィルター層を含む細長い層の網が設けられる。フィルター層１４、１６、１８は、ベースパイプ２０又は他の支持層回りにラッピングされ、該フィルター層の縁部は螺旋状継ぎ目３８にて重なっている。フィルター層がベースパイプ２０又は他の支持層回りに巻かれるように、継ぎ目３８は、ベースパイプ２０又は他の支持層に沿って軸方向に螺旋になっている。

別の他の構成として、フィルター層は、概して円筒形に構成され、該フィルター層の長手方向縁部は重なり合い溶接される。このフィルターアセンブリ全体は、その後ベースパイプへの組立用にラッパー内に入れ込まれる。該スクリーンの端部は、限定するものではないが、圧接、又はスエージ加工、又はスエージ加工と溶接を含む、標準的な組立方法を使って、ベースパイプに締め付けられる。

もしフィルター層が焼結接合又は拡散接合される場合、所望の濾過特性によって決まる網サイズを有する二枚以上のフィルター層が積層される。該フィルター層は、多層スクリーンを形成するように相互に対して配置されている。該フィルター層は、その後、後の製造ステップのために焼結接合、又は拡散接合される。該支持層は使用の必要条件次第で、拡散接合積層品に一体化してもよく、しなくてもよい。（もし必要であれば）積層板の各端部へ金属構造物４０を追加した後、スクリーンはその後、概して円筒形に成型される。網層の長手方向縁部はその後、共に溶接される。長手方向継ぎ目溶接３２が該アセンブリの全長に沿って設けられる。

組立の各段階における溶接は、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）、タングステンイナートガス（ＴＩＧ）溶接、プラズマ溶接、メタルイナートガス（ＭＩＧ）、並びにレーザー溶接を含む、既知のいずれの方法によって行われてもよい。各溶接の材料は、従来のもので、支持チューブ（一つの実施形態ではステンレス鋼である）及び網層（一つの実施形態ではステンレス鋼である）の金属と適合可能であるように選択される。該粒子制御スクリーンアセンブリは、生産環境に耐えうる、３１６Ｌ、カーペンター２０Ｃｂ３，インコネル８２５及び他の型のステンレス鋼のフィルター媒体で出来ている。

粒子スクリーンアセンブリ１０は、あらゆる数のラッパー形状を有するベースパイプ２０に配置され、環状溶接を粒子スクリーンアセンブリ１０の各端部に施して、完成した井用スクリーンを形成する。粒子スクリーンアセンブリ１０は、ベースパイプ２０の長さに沿って、例えば１．２ｍ（４フィート）区分、２．７ｍ（９フィート）区分、又は１２．８ｍ（４２フィート）区分のように一定の長さに区分されて組立てられ、その後、各区分はベースパイプ２０に例えば溶接によって固定される。ベースパイプの通常の長さは、６．１ｍ（２０フィート）、９．１ｍ（３０フィート）又は１２．１ｍ（４０フィート）であるが、もちろん、より短くても或はより長くてもよい。一つの実施形態では、複数の粒子制御スクリーンアセンブリ１０が、粒子制御アセンブリチューブに共に接続されている。

粒子制御スクリーンアセンブリ１０は、深層濾過を使用するので、表面濾過を使用する制御スクリーンより耐用年数が長い。それは又、流量を改善し、スクリーン内の腐食のリスクを減少させ、産出が遅くなるときの井の逆流の頻度とコストを低減する。

（例）
以下の本発明の例と比較例は、説明と例示のために提供される。

粒子制御スクリーンアセンブリは、上述の技術の一つを使って製造される。

（例１）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１２５ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表１に示すように、２枚の支持層及び４枚のフィルター層を含む。

（例２）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１８０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表２に示すように、２枚の支持層と３枚のフィルター層を含む。

（例３）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級２５０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表３に示すように、１枚の支持層と３枚のフィルター層を含む。

（例４）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級４２５ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表４に示すように、１枚の支持層と２枚のフィルター層を含む。

（例５）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１２５ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表５に示すように、２枚の支持層と５枚のフィルター層を含む。

（例６）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１５０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表６に示すように、ワイヤラップと４枚の他のフィルター層を含む。

（例７）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１５０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表７に示すように、ワイヤラップと４枚の他のフィルター層を含む。

（例８）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１４０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表８に示すように、２枚の支持層と５枚のフィルター層を含む。該フィルター層はスクエア織りである。

（例９）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１２５ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表９に示すように、２枚の支持層と６枚のフィルター層を含む。該内濾過層はオランダ平織りである。

（例１０）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１５０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表１０に示すように、１枚の支持層と５枚のフィルター層を含む。該内濾過層はオランダ平綾織である。

（例１１）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１８０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表１１に示すように、２枚の支持層と４枚のフィルター層を含む。該内濾過層は綾平方織である。

（例１２）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１８０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表１２に示すように、２枚の支持層と３枚のフィルター層を含む。該内濾過層はスクエア平織である。

（例１３）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１４０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表１３に示すように、２枚の支持層と４枚のフィルター層を含む。該内濾過層はスクエア平織である。

（例１４）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１４０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表１４に示すように、２枚の支持層と５枚のフィルター層を含む。該内濾過層はスクエア平織である。

（例１５）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１４０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の図表１５に示すように、２枚の支持層と６枚のフィルター層を含む。該内濾過層はスクエア平織である。

（比較例Ａ）
比較として、先行技術のスクリーンアセンブリであるＰｏｒｏｍａｘ（登録商標）製品は、所望の濾過ミクロン等級１２５ミクロン（μｍ）を有している。該スクリーンアセンブリは、以下の表１６に示すように、２枚の支持層と１枚のフィルター層を含む。

（比較例Ｂ）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１５０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは市販のワイヤラップスクリーンを含む。該ワイヤラップスクリーンは、ワイヤ間に０．１５ｍｍ（０．００６インチ）の隙間を有する２．３ｍｍ（０．０９０インチ）ウェッジワイヤと、１５．９ｍｍ（８分の５インチ）間隔の直径３．２ｍｍ（０．１２５インチ）支持ワイヤとから成る。

（比較例Ｃ）
スクリーンアセンブリが所望の濾過ミクロン等級１５０ミクロン（μｍ）で用意される。該スクリーンアセンブリは、以下の表１７に示すように２枚の支持層と１枚のフィルター層を含む。

テストが種々のスクリーン構造の相対的な効果を評価するために行われた。ディスクが例９乃至例１５及び比較例Ａ乃至比較例Ｃの設計事項を用いて、用意された。このディスクは４．８ｃｍ（１．８８５インチ）の直径を有し、装置内に密閉され、３．９ｃｍ（１．５５０インチ）の流入直径を提供した。テストは、標準的なダウンホール条件をモデルとした粘性と粒子状物質を有する、２つの試験流体を使って行われた。第一の流体は、標準的な南米の流体をモデルとし、第二の流体は標準的なアジアの流体をモデルとした。供給タンクは所望の試験流体で満たした。試験流体は２ミクロンメートル（μｍ）の完全除去フィルターを通して２時間ポンプで汲み上げた。粒子状物質は０．１０グラム／リットルの濃度にするために加えられた。試験流体のサンプルが、流体微粒子レベルを確認するために試験された。スクリーン構造を組み入れたディスクがハウジング内に配置された。この試験流体は２００ｍｌ／分の流量で該ディスクを通して循環された。一連のテストの間、ディスクを横断する圧力降下が測定された。該ディスク下流の流体サンプルが採取され、該ディスクが保持した粒子の量を測定した。

南米の流体に関する結果は、図６と図７に示す。図６は、例９、例１０、及び比較例Ａ、比較例Ｂ、比較例Ｃのスクリーン構造から用意されたサンプルに関する時間関数としての圧力降下を示している。圧力降下が急激に起こる時間は、フィルターの目詰まりと一致し、従ってフィルターの製品寿命を有効に予想することが出来る。例９と例１０のスクリーン構造は、より長い製品寿命を提供し、それ故に、比較例よりも優れた性能を提供することが分かる。図７は、例９、例１０、及び比較例Ａ、比較例Ｂ、比較例Ｃのスクリーン構造から用意されたサンプルに関する時間関数としての保持粒子量を示しているグラフである。本発明のスクリーンが、許容範囲量の粒子を取り除き、フィルター製品寿命の間、比較例のスクリーンよりも多い量の粒子を取り除いたことが分かる。

図８は、例８、例９、例１１乃至例１５及び比較例Ａ、比較例Ｂのスクリーン構造から用意されたサンプルに関する時間関数としての圧力降下を示している。例８、例９、例１１乃至例１５のスクリーン構造が、比較例のスクリーン構造よりもはるかに長い製品寿命（より長い年数）を提供することが分かる。図９は、例８、例９、例１１乃至例１５及び比較例Ａ、比較例Ｂのスクリーン構造から用意されたサンプルに関する時間関数としての保持粒子量を示している。本発明のスクリーンが、許容範囲量の粒子を取り除き、フィルターの製品寿命の間、比較例のスクリーンよりも多い量の粒子を取り除いたことが分かる。

このように、本発明の粒子制御スクリーンが、フィルターアセンブリの目詰まりを低減し、フィルターの粒子保持能力を増大させ、よって、フィルターの製品寿命を延ばすことが、分かる。

本発明が好適な実施形態を参照して説明されたが、当業者には理解頂けるように、本発明の精神と範囲から離れることなく発明の詳細において変更がなされ、かつ形成され得る。従って、上記の詳細な説明は、限定よりは、例示を意図されており、そして、この発明の範囲を確定するべく意図されているのは、全ての等価物を含む、特許請求の範囲であると理解されたい。

ダウンホール（油井穴）用アセンブリの実施形態の切欠斜視図である。 図１のダウンホールアセンブリの切欠側面図である。 ダウンホールアセンブリの別の実施形態の切欠側面図である。 図１のダウンホールアセンブリの部分断面図である。 ダウンホールアセンブリの別の実施形態の部分断面図である。 図１のダウンホールアセンブリの端面図である。 ダウンホールアセンブリの実施形態の切欠斜視図である。 種々のスクリーンアセンブリに関するテストの時間関数としての圧力降下を示すグラフである。 種々のスクリーンアセンブリに関するテストの時間関数としての保持粒子量を示すグラフである。 種々のスクリーンアセンブリに関するテストの時間関数としての圧力降下を示すグラフである。 種々のスクリーンアセンブリに関するテストの時間関数としての保持粒子量を示すグラフである。

Claims (21)

1. 支持層と、
   該支持層回りに配置される第一フィルター層と、
   第一フィルター層回りに配置される第二フィルター層と、
   第二フィルター層回りに配置される第三フィルター層と、
   を備え、
   該フィルター層がそれぞれ孔寸法を有し、該第三フィルター層の該孔寸法は、該第二フィルター層の該孔寸法より大きく、該第二フィルター層の孔寸法は、該第一フィルター層の該孔寸法より大きい、粒子制御スクリーンであって、
   当該粒子制御スクリーンの長さに亘って延び、該フィルター層をそれぞれ共に結合している溶接継ぎ目を更に含む粒子制御スクリーン。
2. 該支持層が第一支持層を備え、更に該第一支持層回りに配置される第二支持層を備えている、請求項１に記載の粒子制御スクリーン。
3. 該支持層と該第一フィルター層との間に配置される第四フィルター層を更に備えている、請求項１に記載の粒子制御スクリーン。
4. 該フィルター層のうち、少なくとも１枚は金網である、請求項１に記載の粒子制御スクリーン。
5. 該第一フィルター層が７５ミクロン（μｍ）から３００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第二フィルター層が１５０ミクロン（μｍ）から４００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第三フィルター層が５００ミクロン（μｍ）から１２００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する、請求項１に記載の粒子制御スクリーン。
6. 該第一フィルター層が７５ミクロン（μｍ）から３００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第二フィルター層が１５０ミクロン（μｍ）から４００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第三フィルター層が２００ミクロン（μｍ）から５００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する、請求項１に記載の粒子制御スクリーン。
7. 該第一フィルター層が２００ミクロン（μｍ）から３００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第二フィルター層が３００ミクロン（μｍ）から４５０ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第三フィルター層が６００ミクロン（μｍ）から８００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する、請求項１に記載の粒子制御スクリーン。
8. 該第一フィルター層が１００ミクロン（μｍ）から２００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第二フィルター層が２５０ミクロン（μｍ）から３５０ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第三フィルター層が５００ミクロン（μｍ）から６００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する、請求項１に記載の粒子制御スクリーン。
9. 該第四フィルター層が７５ミクロン（μｍ）から１５０ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する、請求項３に記載の粒子制御スクリーン。
10. 有孔ベースパイプと、
    該ベースパイプ回りに配置される粒子制御スクリーンアセンブリと、を備えるダウンホールアセンブリにおいて、
    該粒子制御スクリーンアセンブリは、
    支持層と、
    該支持層回りに配置され、７５ミクロン（μｍ）から３００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する第一フィルター層と、
    該第一フィルター層回りに配置され、１５０ミクロン（μｍ）から４００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する第二フィルター層と、
    該第二フィルター層回りに配置され、２００ミクロン（μｍ）から１２００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する第三フィルター層と、を備え、
    該粒子制御スクリーンアセンブリの少なくとも第一端部が、該ベースパイプに環状に溶接されている、ダウンホールアセンブリであって、
    該粒子制御スクリーンアセンブリが、該粒子制御スクリーンアセンブリの長さに亘って延び、該フィルター層をそれぞれ共に結合している溶接継ぎ目を更に含む、ダウンホールアセンブリ。
11. 該支持層が第一支持層を備え、更に該第一支持層回りに配置される第二支持層を備える、請求項１０に記載のダウンホールアセンブリ。
12. 該支持層と該第一フィルター層との間に配置される、第四フィルター層を更に備える、請求項１０に記載のダウンホールアセンブリ。
13. 該フィルター層のうち、少なくとも１枚は金網である、請求項１０に記載のダウンホールアセンブリ。
14. 該フィルター層が、該ベースパイプ周りに螺旋状に巻き付けられている、請求項１０に記載のダウンホールアセンブリ。
15. 該第一フィルター層が２００ミクロン（μｍ）から３００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第二フィルター層が３００ミクロン（μｍ）から４００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第三フィルター層が６００ミクロン（μｍ）から８００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する、請求項１０に記載のダウンホールアセンブリ。
16. 該第一フィルター層が１００ミクロン（μｍ）から２００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第二フィルター層が２５０ミクロン（μｍ）から３５０ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第三フィルター層が５００ミクロン（μｍ）から６００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する、請求項１０に記載のダウンホールアセンブリ。
17. ベースパイプと、該ベースパイプ回りに配置される粒子制御スクリーンアセンブリと、を備えるダウンホールアセンブリであって、粒子制御スクリーンアセンブリが支持層と、該支持層回りに配置される第一フィルター層と、第一フィルター層回りに配置される第二フィルター層とを有し、該フィルター層はそれぞれ、孔寸法を有し、該第二フィルター層の孔寸法は、該第一フィルター層の孔寸法より大きく、かつ、該粒子制御スクリーンアセンブリの少なくとも第一端部が該ベースパイプに環状に溶接されており、該該粒子制御スクリーンアセンブリが、該粒子制御スクリーンの長さに亘って延び、該フィルター層をそれぞれ共に結合している溶接継ぎ目を含むダウンホールアセンブリを提供するステップであって、
    該ダウンホールアセンブリを重油を含む流体を有するダウンホール地層内に配置するステップと、
    該流体を該地層から該粒子制御スクリーンアセンブリを通して該流体を濾過し、該ベースパイプに汲み上げるステップと、
    を含む、ダウンホール地層内の流体を濾過する方法。
18. 該支持層が第一支持層を備え、更に該第一支持層回りに配置される第二支持層を備える、請求項１７に記載のダウンホール地層内の流体を濾過する方法。
19. 該粒子制御スクリーンアセンブリは、該第二フィルター層回りに配置される第三フィルター層を更に備え、該第三フィルター層の孔寸法は、該第二フィルター層の孔寸法より大きい、請求項１７に記載のダウンホール地層内の流体を濾過する方法。
20. 該粒子制御スクリーンアセンブリの長さに亘って延び、該フィルター層をそれぞれ共に結合している溶接継ぎ目を更に含む、請求項１７に記載のダウンホール地層内の流体を濾過する方法。
21. 該第一フィルター層が１００ミクロン（μｍ）から３００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第二フィルター層が２００ミクロン（μｍ）から４００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有し、該第三フィルター層は、５００ミクロン（μｍ）から８００ミクロン（μｍ）の間の孔寸法を有する、請求項１９に記載のダウンホール地層内の流体を濾過する方法。

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