JP2000506773A - ラジアル・フロー・フィルターおよび製造の方法 - Google Patents

ラジアル・フロー・フィルターおよび製造の方法

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Abstract

(57)【要約】 特に、地下流体(石油、ガス、水)鉱泉内での投入フィルターとしての使用に適した長いラジアル・フロー・フィルターの製造の方法は、鉱泉の生産管の一体化した部分である複数の穴が開けられた1本のパイプで始まる。パイプは、旋盤の主軸台(122)と芯押し台(124)の間の穴のあいた長さでエンジン旋盤(120)に取り付けられる。パイプが回転すると、金属(スチール)ウール(139)が、それぞれがパイプの軸(142)に鋭角Xで位置合わせされる、繰り返され、重複する螺旋形の層の中でパイプの回りに巻き付けられ、近接した層は2X分角度を形成して転位される。完成したフィルターは、パイプとスチールウールのもっとも内側の部分と、ウールのもっとも外部の層上の複数の穴が開けられたシェルの間で、パイプの回りに管状のワイヤ・メッシュを備える。

Description

【発明の詳細な説明】 ラジアル・フロー・フィルターおよび製造の方法 発明の背景 多くの地下の流体鉱泉(石油、ガス、硫黄、水など)の取入れ口は、大部分の 場合、流体が地表に汲み出される前に、砂および類似不純物を流体からふるいに かけるためのフィルターを含む。なんらかの形のフィルターが鉱泉に入る流休に 提供されない場合、通常、流体内で飛沫同伴させる砂およびその他の不純物は、 鉱泉ポンプまたは鉱泉が接続されるそれ以外の機器、あるいはその両方の有効寿 命を著しく削滅する可能性がある。 地下の鉱泉用の投入フィルターは、しばしばラジアル・フロー・フィルターで ある。一般的には、この種のフィルターは、構成が管状であり、流体を生産導管 の中に放射状に入れるための多数の穿孔がある生産管を包み込む。流体は、入る ポイントから流れ去り、管内で軸に沿って移動する。管が地下鉱泉用の生産管の 一部である場合、流体は地面の表面まで上方に流れる。つまり、通常、汲み出し が必要とされる。言うまでもなく、流れの方向は、他の20の用途で逆にされる 事がある。このようにして、瀘過される流体は管に入り、管の穿孔を通って外の 方に流れ、包み込むフィルターを介して、瀘過された流体用のチェンバーまたは 通路の中に流れ込む。 地下流体の鉱泉内での耐久性のある使用に適用されるラジアル・フロー・フィ ルターのより優れた例のうちの1つが、ジョンソン(Johnston)、米国特許第2 ,217,270号である。その特許においては、金属メッシュ・フィルターが 穴のあいたパイプの上に螺旋状に巻き付けられる。つまり、メッシュの複数の層 が適用される場合がある。メッシュは砂およびその他の細かい粒子を瀘過して取 り除くためにきわめて細かい開口部を備えなければならないため、フィルターが 効果的でなければならない場合は、やや高価で製造が困難となる可能性がある。 さらに、フィルターは、通常、軸に沿った距離でやや短い。この種の長いフィル ターは製造するのが困難であった。この種のフィルターは、商用で使用される場 合、しはしば操作上および経済上の両方でたくさんの問題を呈する。 地下鉱泉で利用される投入フィルターを含む、ラジアル・フロー・フィルター で使用されてきた別の材料は、圧縮されたフェルトのようなフィルター・ウール である。ウールは、通常の鋼繊維、ステンレススチール繊維、その他の金属(例 えば黄銅)繊維、あるいは非金属繊維からも作られる事がある。最良の操作寿命 は、通常、ステンレススチールて達成され、その比較的に高い価格を正当化する 。金属ウール・フィルター材料を使用する場合、砂および類似不純物がフィルタ ーを通り抜ける事ができず、流体の流れが遮断されないように通路サイズを制限 する上でほとんど障害はない。しかし、長さが5フィート(150センチ)を越 えるフィルターを要求または必要とする鉱泉用のラジアル・フロー・フィルター は、操作上、経済上、および製造上で、目にみえるほどの障害を呈し続ける。 発明の要約 したがって、実際上前記問題点を解決する地下流体鉱泉用の投入フィルターと しての使用に適した、長いラジアル・フロー・フィルターを製造する新規の改善 された方法を提供する事が本発明の目的である。 本発明の特殊な目的とは、簡略で安価であり、フィルター長に関して制限され ないラジアル・フロー・フィルターを製造する新規の改善された方法を提供する 事である。 本発明の別の目的とは、簡略で安価、かつ寿命が長い、過去には未知であった 構造の新規の改善された長いラジアル・フロー・フィルターを提供する事である 。 したがって、1つの実施例において、本発明は、その管が所定の外径を持つ、 地下流体鉱泉の生産管用投入フィルターとして使用するために適した、ラジアル ・フロー・フィルターを製造する方法に関する。方法は、以下に示すステップを 含む。 A. 地下流体鉱泉用の生産管の外径に一致する外径D1を持つ複数の穴が開 けられた(multi-perforate)パイプの事前に選択された長さLを提供する事と 、 B. 旋盤の主軸台と芯押し台の間に複数の穴が開けられたパイプの長さL で、旋盤内に複数の穴が開けられた1本のパイプを取り付ける事、 C. 複数の穴が開けられたパイプの軸に鋭角Xでのウール片の長さとフィル ター・ウールの片を合わせる事と、 D. フィルター・ウールの片の一方の端を1本のパイプの一方の端に付着す る事と、 E. パイプを回転させるために旋盤を作動し、フィルター・ウール片を引っ 張られた状態で維持しながら、フィルター・ウール片がパイプ上で螺旋関係で1 本のパイプの一方の端からもう一方の端まで巻き付けられるように、同時にフィ ルター・ウールの片をパイプ長Lの一方の端から他方までパイプに平行な経路に 沿って移動する事と、 F. フィルター・ウールの複数の重複する層を1本のパイプの外部に適用し 、フィルター・ウールの交互の層を形成する片が約2Xの角度分、互いから角度 を形成して転位されるためにステップEを繰り返す事。 機器の実施例においては、本発明は、複数の穴が開けられたパイプの長さLを 含むラジアル・フロー流体フィルターに関係する。金属ウールの片の複数の重複 する層は、複数の穴が開けられた1本のパイプの外部の回りで、引っ張られた状 態で螺旋状に巻き付けられる。つまり、長さLの複数の穴が開けられた管状のシ ェルは、金属ウールのもっとも外部の層の回りできっちりと適合する。 図面の簡略な説明 図1は、従来の地下鉱泉の簡略化された部分的に図式の断面立面図である。 図2は、本発明の製造方法の好まれる実施例における中間段階の簡略化された 部分的に図式の平面図である。 図3は、図2の機器の簡略化された立面図であり、その機器の一部は、残り部 分のより優れた説明のために省略された。 図4は、ほとんど図2の線4−4に沿って取られる断面立体線図である。 図5は、本発明の好まれる実施例に従って構築されたラジアル・フロー・フィ ルターの断面図である。 実施例 図1は、通常の地下鉱泉20の簡略化された部分的に図式の断面立面図である 。鉱泉20は、油井、ガス鉱泉、硫黄鉱泉、または水の井戸である場合もあり、 図1に図示される鉱泉構築を介して、大部分の水の井戸より複雑である。鉱泉2 0は、地面表面21上で始まり、アンダーバーデン(underburden)塁層(formn ation)26の中に、オーバーバーデン(overburden)塁層23および流体鉱床 塁層24を通して下方に伸長する鉱泉穴を含む。鉱泉20用の鉱泉穴は、貴重な 物質を含んだゾーンつまり鉱床24内で複数の開口部、つまりスロット32を有 する管状のケーシング31で裏打ちされる場合がある。ケーシング31の外部の 回りにはグラウト34がある場合がある。ケーシングの部分が電気的な絶縁材で 被覆されるか、あるいはケーシング自体のセクションが繊維強化プラスチック( FRP)から作られる場合があるが、ケーシング31は、通常、鋼管である。グ ラウト34は、流体を通過させるほど十分に多孔性であるか、ケーシング31内 の開口部32への流体の接近を可能にするために穴が開けられるか、あるいは貴 重な物質を含んたゾーン、鉱床24内に位置するケーシングのすべてまたは一部 の回りで完全に省略される事がある。図1および図2から図5の寸法は、例証に おいて便宜上いくつかの場合に曲解された事が認識されるだろう。 鉱泉20からの流体は、ポンプ38により生産管36の上部を通して上方に、 流体生産出口40を通して汲み出される。出口40は、鉱泉の操作機構、特に鉱 泉ヘッド42からポンプ38まで下方に伸長するポンプ・ロッド44を含む鉱泉 ヘッド42を通して伸長する。 図1では、ポンプ38の下に、実際には管36の穴のあるセクションである複 数の穴が開けられた1本の管46がある。管セクション46は、ケーシング穿孔 32と鉱泉20の同じ部分の中の流体鉱床24内に位置する。管46およびその 穿孔50は、前記米国特許、ジョンソン(Johnston)第2,217,370号に 構造が図示される可能性があるラジアル・フロー・フィルター48内にある。 鉱泉20の操作中、鉱床24からの流体は、グラウト34を通り抜け、矢印A により示されるように、ケーシング31の内部まで穿孔32を通り抜ける。そし て、流体は、流体中で飛沫同伴される砂およびその他の不純物を止める、フィル タ−48を通過する。濾過された流体は、生産管のこの部分内の穿孔50を通っ て生産管36のセクション46の内部に入る。管セクション46から、流体は、 ポンプ38により、生産管36の内部を通して表面21の高さまで上方に汲み出 され、矢印BおよびCによって示されるように、出口40を通して流れ出る。フ ィルタ−48が比較的に短い軸に沿った長さLを有する限り、フィルターはうま く機能し、迅速にかつ経済的の両方で従来の手段により製造できる。ただし、フ ィルター48に要求される長さLが約5フィート(150センチメートル)を越 えると、前述されたように、目にみえるほどの問題点が発生する。本発明の目的 とはこれらの問題点を解決する事である。 図2および図3は、本発明に従った、地下流体の生産管の取入れ口で使用する ために適した、長いラジアル・フロー・フィルターの製造のための機器の簡略化 された概略図解を与える。図2および図3の機器では、図2は、土台126の向 かい合った端にある芯押し台124から間隔があけられた主軸台122を含むエ ンジン旋盤120を備える。図2。旋盤土台126は、セクション126Aおよ び126Bを含む事がある。図3を参照の事。旋盤120の芯押し台124は、 同様にガイドレール132に連結するホイール130により支えられる往復台1 28上に取り付けられる事がある。 図2に示される機器は、さらに、ガイドレール132に平行であるが、ガイド レール132から間隔があけられる2つの補助的なガイドレール133および1 34を含む。また、それぞれレール133および134に沿って移動し、レール 133および134によって誘導される2つの往復台135および136もある 。往復台136は、これ以降さらに詳しく説明されるフィルター・ウールの片1 39の供給ロール138を支える。ロール138の軸140は、片139が旋盤 120の軸142に相関的に鋭角Xとなるように、往復台136上で位置合わせ される。レール133上での往復台135は、これ以降さらに説明される圧力プ レート146を運搬するピストン・ロッド145を有する流体圧力シリンダー1 44を支える。レール132に沿った芯押し台往復台の正確な位置決めを保証す るために、2つの止め部材148が提供される場合がある。 本発明の方法での第1ステップは、ラジアル・フロー・フィルター用の中心サ ポートとして役立つ、複数の穴が開けられたパイプの事前に選択された長さLを 提供する事である。図2および図3において、複数の穴が開けられたパイプは、 それ以降、地下鉱泉用の生産管として役立たなければならないより長いパイプ1 50の長さLの中間セクション152である。長さLは、通常、5フィート(1 50センチメートル)を越える。本発明の最大限の優位点を実現するためには、 それは、要求されたフィルター長Lが10フィート(300センチメートル)以 上であるときに利用されなければならない。最初に、パイプ150は旋盤120 内に取り付けられ、パイプの穴のあいたセクション152は、図2および図3に 図示されるように主軸台122と芯押し台124の間に配置される。 この時点で、さらに先に進む前に、通常は、図2および図3には図示されてお らず、図4に示されるように、旋盤120の主軸台と芯押し台の間のパイプ15 0のセクション152上に図示される、単一層金属メッシュ基礎部材154を取 り付けるのが望ましい。代わりに、金属メッシュ基礎154は、パイプが旋盤1 20の中に取り付けられる前に、パイプ150のセクション152上に取り付け られる場合がある。メッシュ154は、図2または図3では図示されていない。 本発明の方法での次のステップは、パイプ軸142に対する鋭角Xでフィルタ ー・ウール片139を位置合わせする事である。それから、フィルター・ウール 片(通常は、金属ウール)の端は、パイプ150の長さ152の一方の端に付着 される。図2では、これは、往復台136上のウール片保管ロール138を取り 付ける事により実行され、片139を配置するための希望される角度でのその軸 140は、鋭角Xでパイプ軸142と交差する。今度は、矢印Dにより示される ように、パイプ150を回転させるために、旋盤120が作動される。図2およ び図4。パイプ150の回転は、矢印Eの方向でその保管ロール138からフィ ルター・ウール片139を引っ張る。図2および図4。片139は、パイプ・セ クション152の回りに螺旋状に巻き付けられる一方、引っ張られて維持される 。フィルター・ウール片の第1層の巻付けの中間ポイントが図2に図解される。 巻付け操作を通して、シリンダー144およびピストン145は、片139での 引っ張りの維持を補助し、パイプの回りの片の層のしっかりした間詰 めを保証するために、プレート146を矢印H(図2および図4)の方向でパイ プに向かってせきたてる。 フィルター・ウール片の第1層は、その長さLを通してパイプ150の穴のあ いたセクション152の上に巻き付けられる。この操作を通して、片139は、 引っ張られた状態で維持されなければならない。プレート146およびその操作 機構144、145が、この目的に十分である可能性がある。たたし、ウール供 給ロール138の回転上でのある程度牽引および片139上での引っ張りの維持 を保証するためのその他の手段が必要となる可能性がある。ウール片のパイプ1 50へのすべての層の巻付けを通して、往復台144は、均一で螺旋状の巻付け が達成されるように、パイプ(図2の矢印FおよびGを参照の事)に平行な経路 に沿って移動されなければならない。それが、ガイドレール133と134、お よびそれぞれ往復台135と136とその連結の目的である。 フィルター・ウール片139の完全な第1層が、穴のあるパイプ・セクション 152の全長L上にきっちりと巻き付けられると、図2に示されるように左から 右であった往復台135および136の移動の方向は逆にされる。その結果、フ ィルター・ウールの第2層は、穴のあるパイプ上にきっちりと螺旋状に巻き付け られる。第2層が完了すると、往復台135および136の移動の方向は再び逆 にされ、第3層が開始される。交互の前後の往復台の移動が繰り返され、パイプ 150は、希望された数のフィルター・ウールの螺旋層がパイプ150回りで互 いの、具体的には管の穴が開けられたセクション152の上に重ね合わされるま で、旋盤120で連続的に回転する。使用される層の数とは、指定された用途の フィルター要件を満たす事である。つまり、好ましくは、少なくとも5つの層、 および大部分の場合には15以上もの層がなければならない。 いくつかの用途、特に「水平」油井のようないくつかの地下流体鉱泉では、最 高数百メートル以上の長いフィルターが要求される事かある。長さLを有するフ ィルターを実質的に10メートル(1000センチメートル)より長くする事は 、通常、非実用的である。この種の用途では、芯押し台124の可動性質が使用 されるようになる。つまり芯押の台は、図2および図3で見られるように、さら に管150の穴が開けられたセクションを旋盤120の芯押し台と主軸台の間 の位置に持ち込むために、ガイドレール132に沿って右方向に移動される。芯 押し台124の位置のこの修正により、パイプ150に沿った事前のフィルター から軸に沿って転位される第2フィルターを形成するために、前述されたプロセ スを繰り返す事ができる。通常は、ある種の形式の密封リング(図示されていな い)が、近接するフィルターの間で取り付けられなければならない。 図5は、本発明に従って構築されたラジアル・フロー・フィルター240の縦 の断面図である。それは、長さLを有し、穴のあいていないパイプ250に一致 する外径を有する複数の穴が開けられたパイプ252のセクションを含む。パイ プ250が、流体鉱泉の生産管である場合がある。溶接部251が、実際上、管 250の連続となるように、複数の穴が空けられたパイプ252と穴のあいてい ない管250を端から端で接合するとして図示される。 穿孔255が現れる長さLを通して、複数の穴が開けられたバイプ252の外 部の回りに管状メッシュ254がある。メッシュ254から外に向かって、互い に対し重複する関係で配置されるウールのようなフィルター繊維の複数の層25 6がある。層256は、それぞれ、前述された方法で穴のあるパイプ252の回 りで引っ張られた状態で螺旋状に巻き付けられた、ウール繊維、通常は金属繊維 の片から形成される。3つの層が図5に図示される。フィルター240が使用さ れる用途に応じて、フィルター・ウールのさらに多くの層が使用できる。ウール 層は、フィルターの内部の中に、および貫通パイプ250を通って外に通過する 流体から砂およびその他の不純物を瀘過して取り除く。長さLおよび多数の開口 部つまりスロット262を有する管状シェル260は、フィルター・ウール25 6内のもっとも外部の層上できっちりと適合する。出口、パイプ250の反対の パイプ・セクション252の端にキャップ264が提供される事がある。 図5、フィルター240の操作はきわめて単純である。砂またはその他の飛沫 同伴された不純物を含んだ流体が、矢印Mにより示されるように、シェル260 内の開口部262に入る。流体は、フィルター・ウールの複数の層256を通り 抜け、飛沫同伴された砂およびその他の不純物を後に残す。瀘過された流体は、 その開口部255を通ってパイプ252内の中心の開いている領域に入り、矢印 Nにより示されるように、フィルターから流れ出る。言うまでもなく、フィルタ ー240の複数の層全体での圧力差が持続される連続フローに必要であるが、そ れは、事実上、任意のフィルターに必要である。さらに、流れは、同じフィルタ ー効果を持って、逆にする事が可能である。 パイプ252とフィルター・ウールの複数の層256の間のメッシュ254は 、フィルター240内での明確な目的に役立つ。メッシュ254がない場合、流 体は、経時的に、シェル260内の外部開口部262の少なくともいくつかと、 パイプ252内の内部開口部255の間に比較的に大きい通路を作成する傾向が ある。その通路の拡大は、フィルターを横切る流体から、より少ない砂およびそ の他の不純物が瀘過され、取り除かれるという結果で、フィルター240の有効 性を削減する可能性がある。 本発明のすべての実施例において、ステンレススチール・ウールが好まれる。 ウール片は、指定された用途に適する寸法を有する可能性がある。典型的には、 油井において、金属ウール片が、85ミクロンの平均厚さおよび約1メートルの 平均長さを有する繊維から形成される。フィルター・ウール片は、大部分の場合 、幅4インチ(10センチメートル)で、厚さ0.125インチ(0.3センチ メートル)であるが、それらの寸法はかなりの変動を受ける。ウール繊維片の保 管ロールの共通した直径は、ロールがいっばいであるときには、約1.5フィー ト(0.5メートル)である。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.管が所定の外径を有する、地下流体鉱泉の生産管用投入フィルターとして の使用に適したラジアル・フロー・フィルターを製造する方法であって、以下の ステップ、 A.地下流体鉱泉用の生産管の外径に一致する外径D1を持つ複数の穴が開け られたパイプの事前に選択された長さLを提供する事と、 B.旋盤の主軸台と芯押し台の間に複数の穴が開けられたパイプの長さLで、 旋盤内に複数の穴が開けられた1本のパイプを取り付ける事、 C.複数の穴が開けられたパイプの軸に鋭角Xでのウール片の長さとフィルタ ー・ウールの片を合わせる事と、 D.フィルター・ウールの片の一方の端を1本のパイプの一方の端に付着する 事と、 E.パイプを回転させるために旋盤を作動し、フィルター・ウール片を引っ張 られた状態で維持しながら、フィルター・ウール片がパイプ上で螺旋関係で1本 のパイプの一方の端からもう一方の端まで巻き付けられるように、同時にフィル ター・ウールの片をパイプ長Lの一方の端から他方までパイプに平行な経路に沿 って移動する事と、 F.フィルター・ウールの複数の重複する層を1本のパイプの外部に適用し、 フィルター・ウールの交互の層を形成する片が2Xの角度分、互いから角度を形 成して転位されるためにステップEを繰り返す事と、 を含む製造の方法。 2.ステップCで、フィルター・ウールの片が、丈夫であるが無作為に位置合 わせされた繊維の連続するフェルトに類似した片であり、片が均一の厚さおよび 均一の幅を有する、請求項1に記載のラジアル・フロー・フィルターを製造する 方法。 3.ステップCで、ウール片が、所定の軸を有するロール内での金属ウールで あり、ロールの軸が複数の穴が開けられたパイプに鋭角Xで位置合わせされる、 請求項2に記載のラジアル・フロー・フィルターを製造する方法。 4.複数の穴が開けられたパイプ、ステップAの長さLが少なくとも5フィー ト(152センチメートル)である、請求項2に記載のラジアル・フロー・フィ ルターを製造する方法。 5.複数の穴が開けられたパイプ、ステップAの長さが少なくとも10フィー ト(304センチメートル)である、請求項3に記載のラジアル・フロー・フィ ルターを製造する方法。 6.ステップEで形成されるもっとも外部の層が指定された外直径D2を有し 、以下の補助的なステップ、 F.複数の穴が開けられたシェルをウールのもっとも外部の層の回りに取り付 け、該シェルがウールのもっとも外部の層の外径D2にほぼ等しい内径を有する 事と、 を含む、請求項2に記載のラジアル・フロー・フィルターを製造する方法。 7.ステップFで、金属ウールの少なくとも10の層が1本のパイプの外部に 適用されるように、反復の数が少なくとも9となる、請求項2に記載のラジアル ・フロー・フィルターを製造する方法。 8.以下の補助的なステップ、 G.旋盤の主軸台と芯押し台の間で、複数の穴が開けられたパイプの第2の長 さLを位置決めするために、旋盤を通して軸に沿ってパイプを進める事と、 H.金属ウールの複数の重複する層をその外部に付けるために、パイプの第2 の長さの間、ステップC、DおよびEを繰り返す事と、 を含む、請求項2に記載のラジアル・フロー・フィルターを製造する方法。 9.複数の穴が開けられたパイプの長さLと、 複数の穴が開けられた1本のパイプの外部の回りで、引っ張られた状態で螺旋 状に巻き付けられた金属ウールの片の複数の重複する層と、 金属ウールのもっとも外部の層の回りにきっちり合う長さLの複数の穴が開け られた管状シェルと、 を備える地下流体鉱泉用のラジアル・フロー流体フィルター。 10.パイプと金属ウールの層の内の少なくともいくつかの間のパイプの外部 を包み込む管状金属メッシュと、 を含む請求項9に記載のラジアル・フロー流体フィルター。 11.パイプと金属ウールのもっとも内側の層の間のパイプの外部を包み込む 管状金属メッシュと、 を含む請求項9に記載のラジアル・フロー流体フィルター。 12.金属ウールの金属がステンレススチールである、請求項9に記載のラジ アル・フロー流体フィルター。 13.管状金属メッシュの金属がステンレススチールである、請求項11に記 載のラジアル・フロー流体フィルター。 14.管状メッシュがステンレススチールの織られたメッシュである、請求項 11に記載のラジアル・フロー流体フィルター。
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