CN102862224A

CN102862224A - 多相位套管粗糙表面一体化制备装置

Info

Publication number: CN102862224A
Application number: CN2012103730242A
Authority: CN
Inventors: 赵万春; 刘义坤; 李士斌; 王常斌; 王婷婷; 艾池
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2012-09-30
Filing date: 2012-09-30
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-09-30
Also published as: CN102862224B

Abstract

本发明涉及的是多相位套管粗糙表面一体化制备装置，这种多相位套管粗糙表面一体化制备装置包括刷胶系统、喷砂系统、给进机构、旋转支架，刷胶系统、喷砂系统、给进机构均为三套，三套给进机构位于同一圆周面上并呈120°相位角排列，每套给进机构对应设置一套刷胶系统和一套喷砂系统并且共同构成子单元；每套子单元中胶刷的底座和喷砂移动座穿在同一滑动光杆上，给进机构的传动丝杆与胶刷的底座螺纹连接，上述给进机构的传动丝杆还同时与喷砂移动座螺纹连接；套管安装在旋转支架上，每套子单元的胶刷和喷砂器分别靠近套管设置，喷砂器可将砂粒喷到套管上，胶刷的刷毛恰好与套管接触。本发明实现了油田套管自动刷胶和喷砂，整个过程自动实现，使套管表面粗糙度满足了实验的要求。

Description

多相位套管粗糙表面一体化制备装置

一、技术领域：

本发明涉及的是石油与天然气固井工艺过程提高套管与水泥环的胶结强度而设计的增强套管表面粗糙度的装置，具体涉及的是多相位套管粗糙表面一体化制备装置。

二、背景技术：

在油田固井过程中，套管表面粗糙特性对提高固井质量有重要的影响，一方面套管表面粗糙能够与水泥浆形成很好的胶结。另一方面，套管表面粗糙特性影响着水泥浆的顶替效率。另外，不同材料（金属颗粒、粘接剂、矿石颗粒）制备的套管粗糙表面对声波传播特征亦具有不同程度的影响。为了能够准确地分析套管粗糙表面特征对固井质量及声波传播的影响，开展套管粗糙表面特征提高固井质量实验研究具有重要意义。然而，如何按照实验要求制备不同特征的套管粗糙表面是开展后续实验研究的前提，目前，对于油田套管粗糙表面的制备多是通过工人操作，即先通过人工在套管表面刷胶，之后通过随机洒砂粒的方式将规则不等的砂粒洒在粘胶表面，这种方式刷胶、粘砂不均匀，使套管表面粗糙度无法满足实验的要求。

三、发明内容：

本发明的目的是提供多相位套管粗糙表面一体化制备装置，它用于解决现有技术中采用人工在固井套管外刷胶、粘砂使套管表面粗糙度无法满足实验的要求的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种多相位套管粗糙表面一体化制备装置包括刷胶系统、喷砂系统、给进机构、旋转支架，刷胶系统、喷砂系统、给进机构均为三套，三套给进机构位于同一圆周面上并呈

Figure 2012103730242100002DEST_PATH_IMAGE002

相位角排列，每套给进机构对应设置一套刷胶系统和一套喷砂系统并且共同构成子单元；每套子单元的给进机构均由双向电机、传动轴、万向轴、传动丝杆依次连接组成；每套子单元的刷胶系统包括胶盒、胶刷、注胶控制装置，胶盒与胶刷通过管线连接，注胶控制装置串接在胶盒与胶刷连接的管线上；每套子单元的喷砂系统包括空气压缩机、砂盒、喷砂器，砂盒与喷砂器通过砂粒输送管线连接，空气压缩机通过风线与砂粒输送管线连接，喷砂器由单粒装砂管、砂粒喷嘴、喷砂移动座构成，单粒装砂管位于喷砂移动座外，喷砂移动座内设置有砂粒喷嘴，单粒装砂管与砂粒喷嘴连接；每套子单元中胶刷的底座和喷砂移动座穿在同一滑动光杆上，给进机构的传动丝杆与胶刷的底座螺纹连接，上述给进机构的传动丝杆还同时与喷砂移动座螺纹连接；套管安装在旋转支架上，套管的一端与旋转支架的电动转盘螺纹连接，套管另一端与旋转支架的轴承和轴承固定杆安装在一起；每套子单元的胶刷和喷砂器分别靠近套管设置，喷砂器可将砂粒喷到套管上，胶刷的刷毛恰好与套管接触。

上述方案中旋转支架由步进电机、电动转盘、轴承、轴承固定杆均水平安装在支撑架上构成，步进电机、电动转盘设置在支撑架的一侧，轴承、轴承固定杆设置在支撑架的另一侧，步进电机连接电动转盘，套管安装在电动转盘与轴承固定杆之间。

上述方案中步进电机连接计算机控制系统，计算机控制系统主要通过调节步进电机带动套管转动，套管的转动速度、转动类型由计算机控制系统控制。

上述方案中每套给进机构均与计算机控制系统连接，计算机控制系统内嵌有自动控制软件，对每套给进机构的运转进行分别控制。

上述方案中注胶控制装置包括流量计、压力计及流量控制阀门。

上述方案中砂粒喷嘴在喷砂移动座上面交错排列。

上述方案中砂盒连接砂粒分选系统，砂粒分选系统包括多级振动筛、分级砂粒容器、砂粒流量控制装置，分级砂粒容器内安装多级振动筛，分级砂粒容器设有多级出口，每级出口分别外接砂粒输送管线，各砂粒输送管线均连接到砂盒，各砂粒输送管线上均设置砂粒流量控制装置，砂粒分选系统主要是分选粘砂砂粒，确保任意级粘砂砂粒尺寸接近。

上述方案中砂粒流量控制装置包括流量计、压力计及砂粒流量控制阀门。

有益效果：

1、本发明实现了油田套管自动刷胶和喷砂，整个过程自动实现，刷胶和喷砂时胶刷和喷砂器均进行直线运动，被刷的套管在电动转盘的带动下进行旋转，由于胶刷和喷砂器仅进行直线运动，可确保整个过程中刷胶和喷砂的均匀性，标准性化程度高，使套管表面粗糙度满足了实验的要求。

2、本发明可实现套管表面三相位同时喷涂不同材质粘胶与固体颗粒。

3、本发明将套管可拆卸地安装在旋转支架中间，旋转支架的支撑架没有长度的限制，旋转支架的长度可依套管长度自由调节，可对任意长度的套管进行刷胶和喷砂。

4、本发明能够制备不同粘砂分布密度与粒径尺寸的油田粘砂套管。

5、本发明可实现不同尺寸粒径砂粒均匀布置在套管表面。

四、附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中套管、轴承、轴承固定杆安装结构示意图；

图3是本发明中喷砂器喷嘴布置示意图；

图4是本发明中单粒装砂管的结构示意图；

图5是本发明中砂粒分选系统的结构示意图；

图6是本发明中各子单元沿套管布置的示意图；

图7是本发明中电动转盘、套管、紧固螺栓的连接关系示意图。

1胶盒；2胶刷；3 注胶控制装置；4双向电机；5传动轴；6万向轴；7传动丝杆；8滑动光杆； 9砂盒；10单粒装砂管；11 喷砂移动座；12砂粒喷嘴；13套管；14电动转盘；15紧固螺栓；16轴承；17轴承固定杆；18支撑架；19振动筛；20分级砂粒容器；21砂粒流量控制装置； 22空气压缩机； 23气动阀门； 24供电装置。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种多相位套管粗糙表面一体化制备装置包括刷胶系统、喷砂系统、给进机构、旋转支架，刷胶系统、喷砂系统、给进机构均为三套，每套给进机构对应设置一套刷胶系统和一套喷砂系统并且共同构成子单元，工作时，将需要刷胶和喷砂的套管安装在旋转支架上，套管的一端与旋转支架的电动转盘螺纹连接，套管另一端与旋转支架的轴承和轴承固定杆安装在一起，每套子单元的胶刷和喷砂器分别靠近套管设置，喷砂器可将砂粒喷到套管上，胶刷的刷毛恰好与套管接触，如图6所示，三套给进机构的传动丝杆围绕在套管周围，处于同一圆周面上并呈

相位角排列，每根传动丝杆旋转时带动一个胶刷和一个喷砂器同时做直线运动。每套子单元的结构具体如下：

每套子单元的刷胶系统包括胶盒、胶刷、注胶控制装置，胶盒与胶刷通过管线连接，注胶控制装置串接在胶盒与胶刷连接的管线上。注胶控制装置包括流量计、压力计及流量控制阀门。本发明每套子单元的刷胶系统有自己的胶盒，可实现不同种类喷胶分别供给。

每套子单元的喷砂系统包括空气压缩机、砂盒、喷砂器，砂盒与喷砂器通过砂粒输送管线连接，空气压缩机通过风线与砂粒输送管线连接，砂粒输送管线上安装气动阀门，喷砂器由单粒装砂管、砂粒喷嘴、喷砂移动座构成，单粒装砂管位于喷砂移动座外，喷砂移动座内设置有砂粒喷嘴，单粒装砂管与砂粒喷嘴连接。如图3所示，喷砂喷嘴在喷砂移动座上面交错排列，单粒装砂管与砂粒喷嘴连接，单粒装砂管的个数与砂粒喷嘴的个数相同，一对一连接，如图4所示，单粒装砂管的内径与砂粒的内径相同，单粒装砂管内只容一个一个的砂粒顺次通过。本发明每套子单元的喷砂系统有自己的砂盒、喷砂器，喷嘴直径、颗粒喷射速度、颗粒喷射时机等参数可根据固体颗粒性质分相单独设计。

每套子单元的给进机构均由双向电机、传动轴、万向轴、传动丝杆依次连接组成，双向电机连接传动轴，传动轴连接万向轴，万向轴连接传动丝杆，每套子单元中胶刷的底座和喷砂移动座穿在同一滑动光杆上，传动丝杆与胶刷的底座螺纹连接，传动丝杆还同时与喷砂移动座螺纹连接，由于胶刷的底座和喷砂移动座穿在同一滑动光杆上，使得每套子单元中胶刷和喷砂器也处于同一相位角上，这样三套子半单元中胶刷和喷砂器均沿旋转试件（套管）

相位角排列，其中的刷胶系统称为三相位刷胶系统，喷砂系统称为三相位喷砂系统，工作时，双向电机带动传动丝杆转动，传动丝杆带动胶刷和喷砂器做直线运动进行刷胶或喷砂，给进机构为胶刷、喷砂器沿轴滑动提供动力。

本发明还包括计算机控制系统，每套给进机构各自与计算机控制系统连接，计算机控制系统内嵌有自动控制软件，对每套给进机构的运转进行分别控制。

本发明中每套子单元的喷砂系统中的砂盒内的砂可以是预置好的单一粒径的砂，砂在空气压缩机提供的高压风的吹动下进入单粒装砂管内，砂粒在单粒装砂管中进行单粒排列，经由喷砂嘴喷出，可使喷砂均匀；本发明每套子单元的喷砂系统中的砂盒还可以连接砂粒分选系统，由砂粒分选系统筛选砂粒，将筛选后的某个粒径的砂粒输送到砂盒，如图5所示，砂粒分选系统包括多级振动筛、分级砂粒容器、砂粒流量控制装置、供电装置组成，多级振动筛设置为2-4级，分级砂粒容器内安装多级振动筛，分级砂粒容器设有多级出口，每级出口分别外接砂粒输送管线，各砂粒输送管线均连接到砂盒，各砂粒输送管线上均设置砂粒流量控制装置，砂粒分选系统主要是分选粘砂砂粒，确保任意级粘砂砂粒尺寸接近，由于分级砂粒容器设有多级出口，通过砂粒流量控制装置控制各个多级出口的砂粒外输，当选定某个粒径的砂粒，将相应的砂粒流量控制装置开启，其它的砂粒流量控制装置关闭。砂粒流量控制装置包括流量计、压力计及砂粒流量控制阀门。本发明各喷砂系统分别与砂粒分选系统分相单独连接，可实现不同种类固体颗粒分别供给。

砂粒筛选系统的工作过程为：初始砂粒被输送至振动筛，振动筛对初始砂粒进行筛选分级，不同粒径的砂粒输送至分级砂粒容器装置中，分级后砂粒经砂粒流量控制装置输送至高压喷砂管线中。供电装置对振动筛提供动力，砂粒流量控制装置对分级后的砂粒流动实施压力及流量控制。

旋转支架由步进电机、电动转盘、轴承、轴承固定杆均水平安装在支撑架上构成，步进电机、电动转盘设置在支撑架的一侧，轴承、轴承固定杆设置在支撑架的另一侧，步进电机连接电动转盘，旋转支架的中间是断开的，当对套管刷胶和喷砂时，将套管安装在电动转盘与轴承固定杆之间，具体是将套管的一端与电动转盘螺纹连接，套管的另一端与轴承固定杆连接，如图7所示，套管与电动转盘螺纹连接处，利用紧固螺栓从电动转盘外插入并顶在套管外，使电动转盘与套管紧在一起，防止电动转盘反转时，电动转盘与套管脱扣；如图2所示，套管与轴承固定杆之间设置滚动轴承，由于套管与轴承固定杆之间设置滚动轴承，套管转动时，轴承固定杆并不随着套管转动。步进电机连接计算机控制系统，用于控制步进电机的运转，为保证刷胶和喷砂效果好，套管的转速需要设置地比较慢。

本发明开始工作前，先将套管与电动转盘丝扣连接并固定于旋转支架上，开启电动转盘使得套管做匀速转动，套管可根据粗糙套管表面制备特征实现120°往复旋转及360°循环旋转。

本发明中刷胶系统与喷砂系统在套管周围120°相位布置，其中每套刷胶系统与喷砂系统作用在同一传动丝杆上，在运行过程中，套管按照控制要求转动，套管转动一周，刷胶系统对旋转试件喷胶1次，刷胶系统相位控制套管三分之一圆周。传动丝杆转动，刷胶系统与喷砂系统沿轴向移动相等距离，喷砂系统对上次刷胶系统喷胶处实施喷射固体颗粒。重复上述运动规律，实现喷砂系统2、刷胶系统、套管连续运动，形成套管试件粗糙表面。

Claims

1.一种多相位套管粗糙表面一体化制备装置，其特征在于：这种多相位套管粗糙表面一体化制备装置包括刷胶系统、喷砂系统、给进机构、旋转支架，刷胶系统、喷砂系统、给进机构均为三套，三套给进机构位于同一圆周面上并呈

Figure 2012103730242100001DEST_PATH_IMAGE001

2.根据权利要求1所述的多相位套管粗糙表面一体化制备装置，其特征在于：所述的旋转支架由步进电机、电动转盘、轴承、轴承固定杆均水平安装在支撑架上构成，步进电机、电动转盘设置在支撑架的一侧，轴承、轴承固定杆设置在支撑架的另一侧，步进电机连接电动转盘，套管安装在电动转盘与轴承固定杆之间。

3.根据权利要求2所述的多相位套管粗糙表面一体化制备装置，其特征在于：所述的步进电机连接计算机控制系统。

4.根据权利要求2或3所述的多相位套管粗糙表面一体化制备装置，其特征在于：所述的每套给进机构均与计算机控制系统连接。

5.根据权利要求4所述的多相位套管粗糙表面一体化制备装置，其特征在于：所述的注胶控制装置包括流量计、压力计及流量控制阀门。

6.根据权利要求5所述的多相位套管粗糙表面一体化制备装置，其特征在于：所述的砂粒喷嘴在喷砂移动座上面交错排列。

7.根据权利要求6所述的多相位套管粗糙表面一体化制备装置，其特征在于：所述的砂盒连接砂粒分选系统，砂粒分选系统包括多级振动筛、分级砂粒容器、砂粒流量控制装置，分级砂粒容器内安装多级振动筛，分级砂粒容器设有多级出口，每级出口分别外接砂粒输送管线，各砂粒输送管线均连接到砂盒，各砂粒输送管线上均设置砂粒流量控制装置。

8.根据权利要求7所述的多相位套管粗糙表面一体化制备装置，其特征在于：所述的砂粒流量控制装置包括流量计、压力计及砂粒流量控制阀门。