CN103277074A - 一种泡沫镍基硅合金防砂器及其制造方法 - Google Patents

一种泡沫镍基硅合金防砂器及其制造方法 Download PDF

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CN103277074A CN2013101940077A CN201310194007A CN103277074A CN 103277074 A CN103277074 A CN 103277074A CN 2013101940077 A CN2013101940077 A CN 2013101940077A CN 201310194007 A CN201310194007 A CN 201310194007A CN 103277074 A CN103277074 A CN 103277074A
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Abstract

本发明是一种泡沫镍基硅合金防砂器，它包括基管、定位箍、堵帽、管接头和防砂套筒，管接头固连在基管的上端，堵帽固连在基管的下端，在基管上设置若干个过流孔，其特点是，还包括在所述具有若干个过流孔的基管上固定有螺旋支撑环，所述防砂套筒为泡沫镍基硅合金防砂套筒，泡沫镍基硅合金防砂套筒套接于螺旋支撑环上，泡沫镍基硅合金防砂套筒的上、下两端均通过固连的定位箍与基管的固连。具有强度高、过流面积大、亲水性好、渗透率高、防砂效果好、使用寿命长等优点。

Description

一种泡沫镍基硅合金防砂器及其制造方法
技术领域
本发明涉及油田采油井下工具，是一种泡沫镍基硅合金防砂器及其制造方法。
背景技术
现有油田采油井下防砂工具主要采用不锈钢板网式、激光割缝式、绕丝式等多种防砂筛管。尽管上述产品在防砂井应用实践中分别起到了一定的作用，但仍然存在着强度低、易变形、过流面积小、没有亲水性、渗透率低、防砂效果差、使用寿命短等缺陷。近几年出现了一种高精泡沫镍防砂器，高精泡沫镍防砂器与不锈钢板网式、激光割缝式、绕丝式防砂筛管相比，虽然在性能上有所提高，能够实现深层过滤，具有良好的防砂效果，但由于高精泡沫镍防砂器的防砂套筒是采用单一泡沫镍金属网制作的，其网的材料中不含有Si元素，缺少亲水性能，对石油液的浸润性较差，缺少吸附力，没有亲水性，影响泡沫镍金属网对石油液的渗透率，石油液流动性能差、阻力大，影响采油效率。尤其是重砂油井、重蜡油井其缺点更为突出，直接影响采油效率和使用寿命。现有的高精泡沫镍防砂器的泡沫镍防砂套筒与基管之间没有间隙，它是靠基管表面设置的导流方形凹槽导流石油液的，在基管没有凹槽的平面上直接与泡沫镍防砂套筒接触，阻挡了石油液的流进，而且泡沫镍防砂套筒的外径最大只有φ76mm，展开有效面积小，过流面积小，石油液通过时阻力增大，影响石油液的流动，采油效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度高、过流面积大、亲水性好、渗透率高、防砂效果好、使用寿命长的泡沫镍基硅合金防砂器。并提供其制造方法。
本发明的目的是这样实现的，一种泡沫镍基硅合金防砂器，它包括基管、定位箍、堵帽、管接头和防砂套筒，管接头固连在基管的上端，堵帽固连在基管的下端，在基管上设置若干个过流孔，其特征是，还包括在所述具有若干个过流孔的基管上固定有螺旋支撑环， 所述防砂套筒为泡沫镍基硅合金防砂套筒，泡沫镍基硅合金防砂套筒套接于螺旋支撑环上，泡沫镍基硅合金防砂套筒的上、下两端均通过固连的定位箍与基管的固连。
本发明的目的另一目的是这样实现的，一种泡沫镍基硅合金防砂器的制造方法，它包括按图纸和技术要求分别机械加工基管、定位箍、堵帽、管接头、螺旋支撑环，其特征是，还包括以下步骤：
 1）泡沫镍基硅合金防砂套筒套的制造
（1.1）除油：
将整卷原材料，规格80PPI、厚度2.8mm、宽度1000mm的聚酯泡沫塑料，使用自动浸胶机生产线，在碱液中除油，工艺条件如下：
氢氧化钠    NaOH         工业级                      80 g/L～100 g/L
温 度                                                  30℃～40 ℃
带速                                                        15 Hz；
（1.2）水洗：
温度                                                   25℃～30℃；
（1.3）浸导电胶：
导电石墨涂料                                     质量百分数6.5%～7.5％
 二氧化硅                                        占涂料含量的质量百分数10％
pH                                                        10～11
温度                                                    18℃～30℃
带速                                                       15 Hz
浸导电石墨混合涂料时要保证均匀一致，无折边，封孔、漏浸；
（1.4）烘干：
空气网带炉中烘干                                        80℃～120℃
带速                                                    10～20 Hz；
（1.5）检查
用专用检测仪进行检查，测得电阻值≤50Ω为合格。若不合格时允许重复浸导电石墨混合涂料，至合格为止；
（1.6）集控连续电镀镍：
将合格后的带导电涂料泡沫安装自动镀镍集控槽滚轴上，按给定的工艺要求进行镀镍，按泡沫材料厚度调整传动导电棍间隙，按工艺条件如下镀镍：
硫酸镍  NiSO4·6H2O                                    260 g/L～300 g/L、
氯化镍  NiCl2·6H2O                                    40 g/L～60 g/L
硼酸  H3BO3                                            35 g/L～45 g/L
添加剂                                                6mL/L～10 mL/L
pH                                                    4.0～4.5               
温度                                                  45℃～55℃
电流                                                  720A～740A
体密度                                                1.0g/cm3
带速                                                  0.3m/h
镀好后用裁纸刀分割成300mm宽的片子，用于挂镀镍；
（1.7）挂镀镍：
    将镀好的片子用0.5mm铜丝绑镀与挂镀槽中，按工艺条件如下镀镍：
硫酸镍  NiSO4·6H2O                                   260 g/L～300 g/L
氯化镍  NiCl2·6H2O                                   40 g/L～60 g/L
硼酸  H3BO3                                           35 g/L～45 g/L
添加剂                                               6mL/L～10 mL/L
pH                                                   4.0～4.5
温度                                                 45℃～55℃
电流                                                  60 A/片
时间                                                  25h～30h
体密度达到1.8 g/cm3～2.0g/cm3时出槽；
（1.8）清洗：
用纯水清洗至无镀液；
（1.9）氧化还原处理：
在连续的网带氧化还原炉设备上处理，工艺条件如下：
a 调整带速                                      0.4m/min
b 调整氧化各段温度
第一段温度                                       440℃～460℃
第二段温度                                       540℃～560℃
第三段温度                                       590℃～610℃
第四段温度                                       570℃～590℃
c 调整还原各段温度
第一段温度                                       800℃～810℃
第二段温度                                       900℃～920℃
第三段温度                                       960℃～980℃
第四段温度                                       960℃～980℃
第五段温度                                        920℃～950℃
d 起炉操作
将还原段加温至700℃时用氮气起炉，氮气流量20 m3/h～30m3/h,时间20 min～25min，实际流量计乘以1.7倍；
 正常运行时氮气流量3 m3/h～4 m3/h，氢气流量25m3/h；
冷却段控制温度依次300℃、150℃、80℃；
去除泡沫塑料基体和金属氧化物，使硅原子扩散到镀镍层中，还原出金属本色，制成泡沫镍基硅合金防砂网；
（1.10）泡沫镍基硅合金防砂网的裁剪和制成泡沫镍基硅合金防砂套筒：
按图纸尺寸对泡沫镍基硅合金防砂网进行裁剪、卷成筒状且用氩弧焊焊接制成泡沫镍基硅合金防砂套筒；
2）泡沫镍基硅合金防砂器的组装
备用机械加工合格的具有若干个过流孔的基管、定位箍、堵帽、管接头、螺旋支撑环和泡沫镍基硅合金防砂套筒各零件，在具有若干个过流孔的基管上缠绕钢丝状螺旋支撑环且用氩弧焊使两者焊接，将管接头通过其螺纹固连在基管的上端，堵帽通过其螺纹固连在基管的下端，泡沫镍基硅合金防砂套筒套接于螺旋支撑环上，用氩弧焊焊接使泡沫镍基硅合金防砂套筒的上、下两端均通过定位箍与基管固连，制成泡沫镍基硅合金防砂器成品。
本发明的泡沫镍基硅合金防砂器使用时，将本发明泡沫镍基硅合金防砂器上端的管接头与油井抽油泵相连接，并随之下入油井内即可，具有强度高、过流面积大、亲水性好、渗透率高、防砂效果好、使用寿命长等优点；其制造方法科学合理，能够满足使用要求。
附图说明
附图为本发明的泡沫镍基硅合金防砂器结构示意图。
图中：1基管，2过流孔，3螺旋支撑环，4防砂套筒即为泡沫镍基硅合金防砂套筒，5定位箍，6堵帽，7管接头。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的泡沫镍基硅合金防砂器作进一步说明。
如图所示，本发明的泡沫镍基硅合金防砂器，包括基管1、定位箍5、堵帽6、管接头7和防砂套筒4，管接头7固连在基管1的上端，堵帽6固连在基管1的下端，在基管1上设置若干个过流孔2，在所述具有若干个过流孔的基管1上固定有螺旋支撑环3， 所述防砂套筒4为泡沫镍基硅合金防砂套筒，泡沫镍基硅合金防砂套筒4套接于螺旋支撑环3上，泡沫镍基硅合金防砂套筒4的上、下两端均通过固连的定位箍5与基管1的固连。
本发明的泡沫镍基硅合金防砂器的制造方法，包括按图纸和技术要求分别机械加工基管1、定位箍5、堵帽6、管接头7、螺旋支撑环3，还包括以下步骤：
 1）泡沫镍基硅合金防砂套筒套4的制造
（1.1）除油：
将整卷原材料，规格80PPI、厚度2.8mm、宽度1000mm的聚酯泡沫塑料，使用自动浸胶机生产线，在碱液中除油，工艺条件如下：
氢氧化钠    NaOH         工业级                      80 g/L～100 g/L
温 度                                                  30℃～40 ℃
带速                                                        15 Hz；
（1.2）水洗：
温度                                                   25℃～30℃；
（1.3）浸导电胶：
导电石墨涂料                                     质量百分数6.5%～7.5％
 二氧化硅                                        占涂料含量的质量百分数10％
pH                                                        10～11
温度                                                    18℃～30℃
带速                                                       15 Hz
浸导电石墨混合涂料时要保证均匀一致，无折边，封孔、漏浸；
（1.4）烘干：
空气网带炉中烘干                                        80℃～120℃
带速                                                    10～20 Hz；
（1.5）检查
用专用检测仪进行检查，测得电阻值≤50Ω为合格。若不合格时允许重复浸导电石墨混合涂料，至合格为止；
（1.6）集控连续电镀镍：
将合格后的带导电涂料泡沫安装自动镀镍集控槽滚轴上，按给定的工艺要求进行镀镍，按泡沫材料厚度调整传动导电棍间隙，按工艺条件如下镀镍：
硫酸镍  NiSO4·6H2O                                    260 g/L～300 g/L、
氯化镍  NiCl2·6H2O                                    40 g/L～60 g/L
硼酸  H3BO3                                            35 g/L～45 g/L
添加剂                                                6mL/L～10 mL/L
pH                                                    4.0～4.5               
温度                                                  45℃～55℃
电流                                                  720A～740A
体密度                                                1.0g/cm3
带速                                                  0.3m/h
镀好后用裁纸刀分割成300mm宽的片子，用于挂镀镍；
（1.7）挂镀镍：
    将镀好的片子用0.5mm铜丝绑镀在挂镀槽中，按工艺条件如下镀镍：
硫酸镍  NiSO4·6H2O                                   260 g/L～300 g/L
氯化镍  NiCl2·6H2O                                   40 g/L～60 g/L
硼酸  H3BO3                                           35 g/L～45 g/L
添加剂                                               6mL/L～10 mL/L
pH                                                   4.0～4.5
温度                                                 45℃～55℃
电流                                                  60 A/片
时间                                                  25h～30h
体密度达到1.8 g/cm3～2.0g/cm3时出槽；
（1.8）清洗：
用纯水清洗至无镀液；
（1.9）氧化还原处理：
在连续的网带氧化还原炉设备上处理，工艺条件如下：
a 调整带速                                      0.4m/min
b 调整氧化各段温度
第一段温度                                       440℃～460℃
第二段温度                                       540℃～560℃
第三段温度                                       590℃～610℃
第四段温度                                       570℃～590℃
c 调整还原各段温度
第一段温度                                       800℃～810℃
第二段温度                                       900℃～920℃
第三段温度                                       960℃～980℃
第四段温度                                       960℃～980℃
第五段温度                                        920℃～950℃
d 起炉操作
将还原段加温至700℃时用氮气起炉，氮气流量20 m3/h～30m3/h,时间20 min～25min，实际流量计乘以1.7倍；
 正常运行时氮气流量3 m3/h～4 m3/h，氢气流量25m3/h；
冷却段控制温度依次300℃、150℃、80℃；
去除泡沫塑料基体和金属氧化物，使硅原子扩散到镀镍层中，还原出金属本色，制成泡沫镍基硅合金防砂网；
（1.10）泡沫镍基硅合金防砂网的裁剪和制成泡沫镍基硅合金防砂套筒4：
按图纸尺寸对泡沫镍基硅合金防砂网进行裁剪、卷成筒状且用氩弧焊焊接制成泡沫镍基硅合金防砂套筒4；
2）泡沫镍基硅合金防砂器的组装
备用机械加工合格的具有若干个过流孔的基管1、定位箍5、堵帽6、管接头7、螺旋支撑环3和泡沫镍基硅合金防砂套筒4各零件，在具有若干个过流孔的基管1上缠绕钢丝状螺旋支撑环3且用氩弧焊使两者焊接，将管接头7通过其螺纹固连在基管1的上端，堵帽6通过其螺纹固连在基管1的下端，泡沫镍基硅合金防砂套筒4套接于螺旋支撑环3上，用氩弧焊焊接使泡沫镍基硅合金防砂套筒4的上、下两端均通过定位箍5与基管1固连，制成泡沫镍基硅合金防砂器成品。
实例：
本发明的泡沫镍基硅合金防砂器的基管1由φ73mm管，基管1的上、下端配有27/8〃螺纹,中间1.0m处均布φ12mm通孔172个，过流面积1.94dm2；φ4.5mm螺旋支承环3焊接在基管1中间表面，上面安装泡沫镍基硅合金防砂套筒4，泡沫镍基硅合金防砂套筒4用氩弧焊接，两头用定位箍5固定。它的工作原理是石油液有地下砂岩层经过泡沫镍基硅合金防砂套筒4流入，镍基硅合金防砂套筒4网孔径阻止石油液中一定粒径的沙粒通过，石油液再通过螺旋支承环3的螺旋通道，在经过基管1表面φ12的通孔进入基管1内腔，向上流动，在抽油机的作用下，将石油液输入地面管道完成采油过程。 
表1泡沫镍基硅合金防砂器结构组件
序号 名称 材料 数量 表面处理
1 基管 J55 1 D·Zn12·DC或H·Y
2 堵帽 45或J55 1 D·Zn12·DC
3 定位箍 45 2 D·Ni12
4 防砂套筒 泡沫镍基合金 1  
5 螺旋支承环 A3 1 D·Zn12·DC
6 管接头 J55 1 D·Zn12·DC
泡沫镍基硅合金防砂器的镍基硅合金防砂套筒4为具有三维立体网孔径结构，当石油液通过时形成过滤分离石油液中的砂粒，较大砂粒直接被阻挡在网外，称为阻挡过滤，形成松散砂层。较小的砂粒进入防砂网的孔径后被立体孔径结构阻挡后镶嵌在立体孔径结构中，进一步阻挡后面的砂粒进入，形成深层过滤。类似于胶结砂岩层结构，更有效的防止沙粒进入。实现高效率防砂效果。
作为泡沫镍基硅合金防砂套筒4的泡沫金属防砂网是在泡沫塑料进行导电处理工序时，在导电涂料中添加10%的SiO2材料，同导电涂料一同被浸到泡沫金属表面，经电镀镍后，在进行氧化还原处理时，Si原子被扩散到电镀镍层的晶格中，形成泡沫镍硅合金材料，含硅量1～2%，当材料中含有一定量的Si元素时，它能够降低石油液与泡沫金属网间的表面张力，提高泡沫金属的亲水性能，因石油液是一种水的乳浊液，它的水份含量高达90%多，当表面张力降低时，液体的浸润速率提高，增加吸附力，使石油液易于流过防砂网时，提高防砂网的渗透率性能，减小了防砂网材料对石油液流动时的阻力，增加石油液的流动性能，提高了采油效率。
采用φ4.5mm螺旋支承环3使泡沫镍基硅合金防砂套筒4与基管1之间保持一定间隙，保证石油液顺利通过，减小石油液流过时的阻力，起到导流的作用，同时可提高防砂网的抗压强度，螺旋支承环3截面积是圆形结构，它与泡沫镍基硅合金防砂套筒4的接触面积小，只有线接触，而且导流间隙大4.5mm，同时也增加泡沫镍基硅合金防砂套筒4的外径，达到φ89mm，展开有效面积也增大，过流面积也就大，所以对石油液的流动性好，阻力小，提高石油液的流动速率，提高了采油效率。
现有的绕丝式防砂管它的结构是在基管外缠绕梯形不锈钢丝，缝隙在0.1～0.15mm，梯形钢丝的宽度在2.2mm,它的最大过流面积比0.15/0.15+2.2=6.4%。
而本发明泡沫镍基硅合金防砂器采用的泡沫镍基硅合金防砂网PPI值=80（PPI值是指在1英寸长度的孔数），即在1平方英寸的面积上有80×80=6400个孔，而每个孔的直径为0.1～0.15mm，6400个孔的面积A=6400×（0.15 /2）2×3.14=113.04mm2,1平方英寸的面积=25.4×25.4=645.16mm2，所以泡沫金属网过流面积比113.04/645.16=17.5%。所以泡沫金属防砂管的防砂网过流面积比绕丝式防砂管的过流面积大17.5%/6.4%=2.73倍。
比现有的高精泡沫镍防砂器更大，它的泡沫镍防砂网与基管之间没有间隙，它是靠基管表面的导流方形凹槽导流石油液，在没有凹槽的平面上直接与泡沫镍网接触，阻挡石油液的流进，而且泡沫镍防砂网的外径最大只有φ76mm，展开有效面积小，过流面积小，石油液通过时阻力增大，影响石油液的流动，采油效率低。
泡沫镍基硅合金防砂器性能对比见表2
 表2泡沫镍基硅合金防砂器与现有技术对比的性能
Figure 488698DEST_PATH_IMAGE002
 从表2数据对比，本发明的泡沫镍基硅合金防砂器，在过滤精度，过滤面积，过滤方式，抗压强度，流动性能、耐蚀性能都比现有技术性能要好，本发明能有效的阻止砂粒通过，达到最佳的防砂效果，提高石油液的浸润性能，提高流动性，延长了采油防砂管的使用周期，提高了采油效率。
本发明的具体实施例并非穷举，本领域技术人员不经过创造性劳动所进行的复制和改进应属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种泡沫镍基硅合金防砂器，它包括基管、定位箍、堵帽、管接头和防砂套筒，管接头固连在基管的上端，堵帽固连在基管的下端，在基管上设置若干个过流孔，其特征是，还包括在所述具有若干个过流孔的基管上固定有螺旋支撑环， 所述防砂套筒为泡沫镍基硅合金防砂套筒，泡沫镍基硅合金防砂套筒套接于螺旋支撑环上，泡沫镍基硅合金防砂套筒的上、下两端均通过固连的定位箍与基管的固连。
2.根据权利要求1所述泡沫镍基硅合金防砂器的制造方法，它包括按图纸和技术要求分别机械加工基管、定位箍、堵帽、管接头、螺旋支撑环，其特征是，还包括以下步骤：
 1）泡沫镍基硅合金防砂套筒套的制造
（1.1）除油：
将整卷原材料，规格80PPI、厚度2.8mm、宽度1000mm的聚酯泡沫塑料，使用自动浸胶机生产线，在碱液中除油，工艺条件如下：
氢氧化钠    NaOH         工业级                      80 g/L～100 g/L
温 度                                                  30℃～40 ℃
带速                                                        15 Hz；
（1.2）水洗：
温度                                                   25℃～30℃；
（1.3）浸导电胶：
导电石墨涂料                                     质量百分数6.5%～7.5％
 二氧化硅                                        占涂料含量的质量百分数10％
pH                                                        10～11
温度                                                    18℃～30℃
带速                                                       15 Hz
浸导电石墨混合涂料时要保证均匀一致，无折边，封孔、漏浸；
（1.4）烘干：
空气网带炉中烘干                                        80℃～120℃
带速                                                    10～20 Hz；
（1.5）检查
用专用检测仪进行检查，测得电阻值≤50Ω为合格，
若不合格时允许重复浸导电石墨混合涂料，至合格为止；
（1.6）集控连续电镀镍：
将合格后的带导电涂料泡沫安装自动镀镍集控槽滚轴上，按给定的工艺要求进行镀镍，按泡沫材料厚度调整传动导电棍间隙，按工艺条件如下镀镍：
硫酸镍  NiSO4·6H2O                                    260 g/L～300 g/L、
氯化镍  NiCl2·6H2O                                    40 g/L～60 g/L
硼酸  H3BO3                                            35 g/L～45 g/L
添加剂                                                6mL/L～10 mL/L
pH                                                    4.0～4.5               
温度                                                  45℃～55℃
电流                                                  720A～740A
体密度                                                1.0g/cm3
带速                                                  0.3m/h
镀好后用裁纸刀分割成300mm宽的片子，用于挂镀镍；
（1.7）挂镀镍：
    将镀好的片子用0.5mm铜丝绑镀在挂镀槽中，按工艺条件如下镀镍：
硫酸镍  NiSO4·6H2O                                   260 g/L～300 g/L
氯化镍  NiCl2·6H2O                                   40 g/L～60 g/L
硼酸  H3BO3                                           35 g/L～45 g/L
添加剂                                               6mL/L～10 mL/L
pH                                                   4.0～4.5
温度                                                 45℃～55℃
电流                                                  60 A/片
时间                                                  25h～30h
体密度达到1.8 g/cm3～2.0g/cm3时出槽；
（1.8）清洗：
用纯水清洗至无镀液；
（1.9）氧化还原处理：
在连续的网带氧化还原炉设备上处理，工艺条件如下：
a 调整带速                                      0.4m/min
b 调整氧化各段温度
第一段温度                                       440℃～460℃
第二段温度                                       540℃～560℃
第三段温度                                       590℃～610℃
第四段温度                                       570℃～590℃
c 调整还原各段温度
第一段温度                                       800℃～810℃
第二段温度                                       900℃～920℃
第三段温度                                       960℃～980℃
第四段温度                                       960℃～980℃
第五段温度                                        920℃～950℃
d 起炉操作
将还原段加温至700℃时用氮气起炉，氮气流量20 m3/h～30m3/h,时间20 min～25min，实际流量计乘以1.7倍；
 正常运行时氮气流量3 m3/h～4 m3/h，氢气流量25m3/h；
冷却段控制温度依次300℃、150℃、80℃；
去除泡沫塑料基体和金属氧化物，使硅原子扩散到镀镍层中，还原出金属本色，制成泡沫镍基硅合金防砂网；
（1.10）泡沫镍基硅合金防砂网的裁剪和制成泡沫镍基硅合金防砂套筒：
按图纸尺寸对泡沫镍基硅合金防砂网进行裁剪、卷成筒状且用氩弧焊焊接制成泡沫镍基硅合金防砂套筒；
2）泡沫镍基硅合金防砂器的组装
备用机械加工合格的具有若干个过流孔的基管、定位箍、堵帽、管接头、螺旋支撑环和泡沫镍基硅合金防砂套筒各零件，在具有若干个过流孔的基管上缠绕钢丝状螺旋支撑环且用氩弧焊使两者焊接，将管接头通过其螺纹固连在基管的上端，堵帽通过其螺纹固连在基管的下端，泡沫镍基硅合金防砂套筒套接于螺旋支撑环上，用氩弧焊焊接使泡沫镍基硅合金防砂套筒的上、下两端均通过定位箍与基管固连，制成泡沫镍基硅合金防砂器成品。
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