CN104033135B - 高压天然气井割缝夹克防砂管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压天然气井割缝夹克防砂管，由基管、割缝夹克和圆孔形螺旋焊接网孔管构成，其特征是基管为打圆形过流通孔并作为割缝夹克内部支撑，圆孔形螺旋焊接网孔管做割缝夹克外保护套。本发明利用粉末冶金、电火花数控加工、材料控制变形等综合技术，制造出高密度、高精度且具有高耐磨冲刷、高耐腐蚀的天然气井的完井防砂微细缝隙过流通道，并保证过流通道在长期的生产过程中不被堵塞，且具有自动松动井筒堵砂使天然气从井筒向基管全长范围均衡流入的功能。从而为高压、高产、高腐蚀天然气井的完井防砂提供了一套系统完整的解决方案。

Description

高压天然气井割缝夹克防砂管

技术领域

本发明为高压天然气井割缝夹克防砂管，用于高压、高产、高腐蚀天然气井的完井防砂。也可以应用于普通油井、气井防砂。

背景技术

目前天然气井的防砂管普遍采用割缝衬管、绕丝筛管形式，在下入井过程和生产使用中存在多种问题，或造成防砂失效或发生砂粒堵塞缝隙造成气井产量降低甚至无产能。具体表现为：

1、割缝衬管存在的问题：

（1）机械加工的割缝衬管缝口宽度由于受加工割刀的限制，最小为0.5mm，因此只能适用于中、粗砂粒油气层；

（2）采用激光加工的割缝衬管，缝隙宽度可达0.2mm，在每条割缝的起弧点处势必有一个直径明显大于割缝宽度的通孔，这些孔严重降低了整个割缝衬管的过滤精度；

（3）割缝衬管是直接在基管（石油套管）上割缝，为了保证割缝衬管在下入井过程和生产使用中的弯曲、扭转、承压等力学性能，割缝的长度、缝间距、缝眼的排列方式都要根据断裂力学理论设计。一般情况下平行轴向割缝缝长应小于100mm，缝间距取0.3- 0.7倍割缝长度，为此割缝衬管的流通面积受到严重制约从而限制了油气井的产量；

（4）所有的割缝将基管材料分割成间断的条块，即基管割缝后，割缝衬管的弯曲、扭转、承压等力学性能大为削弱，在深井（8000m）和高压（100MPa）井下安装和使用过程中易变形、损坏；

（5）按美国石油学会API SPEC 5CT标准规范，石油套管按钢材本身的强度分J55、K55（相当于国内材料牌号37Mn5），N80（相当于36Mn2V），L80（相当于13Cr），P110（相当于30CrMo）为不同的钢级。井况、井深不同采用的钢级也不同，在腐蚀环境下还要求套管本身具有抗腐蚀性能，在地质条件复杂的地方还要求套管具有抗挤毁性能。但这些合金结构钢材质的钢管上的割缝缝壁并不耐受高压天然气流携带的细粉砂颗粒的高速冲刷磨蚀，也不能抵抗天然气中高含量的H₂S、CO₂等气体的腐蚀。在生产初期割缝衬管尚有精密的割缝宽度，具有较好的防砂性能，但随着生产时间的延长，在细粉砂颗粒的高速冲刷磨蚀和高含量H₂S、CO₂气体的腐蚀作用下割缝宽度将逐渐变大，造成砂粒的过滤精度越来越差，以致防砂失效。

综上所述，割缝衬管一般只适用于地层流体的腐蚀性弱、地层砂粒较粗、产能又偏低的油气井防砂。

2、绕丝筛管存在的问题：

绕丝筛管是由绕丝形成一种连续缝隙，与割缝衬管相比其最主要的优点是增大了流体流入面积，可以达到割缝衬管的2倍以上。其次缝隙宽度最小可达0.12mm，故其适用范围比割缝衬管大得多。第三绕丝筛管是以不锈钢丝或合金材料制造，所以耐腐蚀性能强。第四绕丝筛管的基管采用打圆孔形式，既提高了基管的流通面积又使基管的机械性能削弱最小。但在高压、高产、高腐蚀天然气井工况下，绕丝筛管仍存在众多缺陷：

（1）现有的绕丝筛管制造技术其缝隙宽度尚不能精密制造到0.12mm以下，不能有效防止0.1mm以下直径的出砂；

（2）不锈钢丝或合金材料制造的缝壁并不耐高压（100MPa）、高产（100×10⁴ M³/天）气井下天然气流携带的细粉砂颗粒的高速冲刷磨蚀，在生产过程中缝隙宽度将逐渐变大，防砂管寿命很低；

（3）当绕丝筛管外边缝隙处的不锈钢丝或合金钢丝的圆角较大时，容易造成砂堵。而在轧制钢丝时却难以做到较大的边角锋锐度；

（4）绕丝筛管是将连续的钢丝螺旋形缠绕并与均布于套管圆周上的各条轴向钢丝用接触式电阻焊的方式相连接，具有大量的焊接点，焊接可靠性不能逐个点检验。在绕丝筛管下入井时会发生弯曲、扭转、与套管或井壁的碰撞、刮擦等，往往造成局部绕丝的变形和焊点的拉裂，从而导致防砂失效。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种高压天然气井割缝夹克防砂管，以此解决高压、高产、高腐蚀天然气井的防砂，既保证气井长期稳定高产，又保证气井出砂始终严格控制在0.08mm或更小的粒径要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种高压天然气井割缝夹克防砂管，是由基管、割缝夹克和圆孔形螺旋焊接网孔管构成。基管为打圆形过流通孔管并作为割缝夹克的内部支撑，割缝夹克作过滤元件，为带轴向割缝的管套，其内圆面上有间隔的凸台与基管外径配合并起支撑作用，割缝夹克外圆周上均匀分布外窄、内宽，横断面为梯形的轴向割缝，割缝宽度为0.04mm -2.0mm，每一条割缝沿基管外圆周高密度均布且贯通整个割缝夹克的全长并与内腔环空联通，割缝夹克的外表面喷焊一层0.5-1.0mm厚Cr-Ni、Cr-Ni-W、Cr-Ni-Mo合金材料，圆孔形螺旋焊接网孔管做割缝夹克的外保护套。

本发明的优点和产生的有益效果：

（1）基管为打圆形过流通孔并作为割缝夹克防砂管内部支撑，支撑外层的割缝夹克过滤元件和地层与井底的压差，满足深井、高压井工况需要；

（2）割缝夹克防砂管属表面过滤，而且割缝的横断面为梯形，外窄内宽，所以割缝夹克作为过滤材料在使用过程中其本身不会产生过滤介质堵塞而影响天然气的流通量，从而保证天然气井保有长期稳定高产；

（3）当防砂管外的井筒中一旦发生局部砂堵时，将引起该部的割缝夹克内外压差的升高和割缝两缝壁肋条的径向向内弯曲变形。缝壁肋条依靠其本身的强度和刚度向外回弹从而松动堵砂，则提高和恢复该局部井筒的气体流量。割缝夹克具有自动松动堵砂并使天然气从井筒向基管全长范围均衡流入的功能，从而也保证天然气井保有长期稳定高产；

（4）根据不同气井的防砂要求可以灵活的进行割缝夹克防砂管的设计，利用电火花线切割数控加工、材料的控制变形工艺和塞尺、光栅尺的检验工具，可以个性化定制精密的割缝夹克切实保证气井的防砂符合设计要求；

（5）割缝夹克防砂管各个制造工序的工艺成熟、检验手段齐全，质量容易保证，并没有技术上的风险，因此本发明具有极高的性价比；

（6）本发明解决了高压、高产、高腐蚀天然气井的完井防砂问题，也可以应用于防砂条件并不苛刻的普通油井和气井上，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明示意图。

具体实施方式

本发明以3-1/2”（φ88.9mm）某高压、高产、高腐蚀性天然气井为例，

井深 8050m

地层压力 100MPa

流动压力（井底压力） 95MPa

流量 100×10⁴ M³/天（标准状况）

温度 170°C

H₂S、CO₂含量 ＞3%

砂中值 0.10mm

要求防砂粒径 0.08mm

下面，结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明：

一种高压天然气井割缝夹克防砂管，用于高压、高产、高腐蚀天然气井的完井防砂。它是由基管1、割缝夹克2和圆孔形螺旋焊接网孔管3构成。基管1采用打圆形过流通孔管并由基管1支撑外层的割缝夹克2过滤元件和地层与井底的压差，以满足深井、高压井工况需要；使基管1具有足够大的流通面积而机械性能的减弱程度为最小。基管1外安装割缝夹克2。割缝夹克2是经过多种加工工艺制造成的带轴向割缝的管套，其内圆面上有间隔的凸台（环）与基管外径配合并起支撑作用，凸台高3.0mm，各凸台（环）之间的环空是天然气的过流通道，保证天然气均匀分布进入基管1内。割缝夹克2外圆周上均匀分布外窄、内宽，横断面为梯形的轴向割缝，割缝宽度为0.08mm，割缝间距为3.2mm，每一条割缝贯穿整个割缝夹克的全长，割缝深度从夹克的外圆面径向贯穿到凸台环空。当割缝夹克2防砂管外的井筒中一旦发生局部砂堵时，将引起割缝夹克内外压差的升高和割缝两缝壁肋条的径向向内弯曲变形。缝壁肋条依靠其本身的强度和刚度向外回弹从而松动堵砂，则提高和恢复该局部井筒的气体流量，使天然气从井筒向基管全长范围均衡流入，从而保证天然气井有长期稳定高产。割缝的切割方法是用电火花线切割编程精密加工（精度达0.001mm）而成。使割缝保持有尖锐和锋利的缝隙边角。切割后再进行材料的控制变形而实现，并用塞尺或光栅尺测量检验保证割缝精度。由于基管1支撑了割缝夹克2并承担了地层与井底的压差，所以割缝夹克2只起到过滤层作用，割缝间隔几乎没有机械性能方面的限制，根据需要可以设计成104条。加上割缝夹克2的外圆直径比基管1大，因此割缝夹克2的流通面积可比割缝衬管大10倍，也大于相同缝隙的绕丝筛管的流通面积，从而满足高产井需要。利用割缝夹克的割缝缝壁肋条其本身的强度和刚度，在防砂管外发生局部砂堵时自动向外回弹松动堵砂，使天然气从井筒向基管全长范围均衡流入。

利用粉末冶金方法在割缝夹克2的外表面预先喷焊一层1.0mm厚Cr-Ni、Cr-Ni-W、Cr-Ni-Mo等合金材料，粉末冶金熔焊层具有比地层岩砂更高的硬度，其高超的耐磨性可以抵御井底高压天然气携带的细粉砂颗粒的长期冲刷磨蚀，割缝夹克的割缝宽度能保持长期稳定可靠；可以长期使用于高含H₂S、CO₂等天然气介质中。

圆孔形螺旋焊接网孔管3（ZL 2011 2 0097142.6）作高强度外保护套。在防砂管的运输、搬运、下井过程中，为了防止磕碰割缝夹克以免损坏或刮擦上泥土等杂物堵塞割缝通道，在割缝夹克外安装圆孔形螺旋焊接网孔管3作为高强度外保护套。

Claims (1)

1.一种高压天然气井割缝夹克防砂管，由基管（1）、割缝夹克（2）和圆孔形螺旋焊接网孔管（3）构成，其特征是：基管（1）为圆形过流通孔管并作为割缝夹克（2）内部支撑，割缝夹克（2）作过滤元件，为带轴向割缝的管套，其内圆面上有间隔的凸台与基管（1）外径配合并起支撑作用，割缝夹克（2）外圆周上均匀分布外窄、内宽、横断面为梯形的轴向割缝，割缝宽度为0.04mm -0.20mm，每一条割缝沿基管（1）外圆周高密度均布贯通整个割缝夹克（2）的全长并与基管（1）内腔联通，割缝夹克（2）的外表面喷焊一层0.5-1.0mm厚Cr-Ni、Cr-Ni-W、Cr-Ni-Mo合金材料，圆孔形螺旋焊接网孔管（3）做割缝夹克（2）外保护套。