CN110295868B - 组合膨胀筛管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种组合膨胀筛管，它由内到外依次设有基管、记忆塑料聚合物和弹性金属网；所述的基管为中空结构，至少被记忆塑料聚合物覆盖的区域设有多个用于液体通过的割缝或通孔；所述的记忆塑料聚合物为可膨胀的带有用于防砂的孔隙的高分子材料，能够在地面被压缩，而下到井底后受预设条件刺激而膨胀，直至接触井壁；所述的弹性金属网用于保护记忆塑料聚合物，并支撑井壁。所述的记忆塑料聚合物为SMP材料。基管的局部能够直接采用割缝筛管或带孔管，与外层的具有孔隙的记忆塑料聚合物的组合形成双层防砂结构，能够在井下的使用过程中具有更高的防砂效果。
Description
技术领域
本发明涉及石油采掘领域，特别是一种组合膨胀筛管。
背景技术
油层出砂是储层开采过程中的一种常见现象，机械防砂是使用最多的一种防砂技术；防砂筛管在机械防砂方式中起着至关重要的作用；在防砂筛管的使用中，为了改善防砂效果，一般都需要进行砾石填充，由于筛管砾石填充操作工艺复杂，周期较长且成本较高，同时容易出现深度过滤和环空中形成泥沙饼层进而造成筛管堵塞，因此研究防砂效果好，作用成本低的防砂装置具有重要的技术和经济意义。Weatherford公司研制出的膨胀防砂筛管经过膨胀后，筛管的外壁能够贴住套管的内壁或者裸眼井壁，减少了筛管与套管的环空，改善了出砂增加的情况。目前膨胀筛管技术得到的发展，但是仍然存在筛管外壁与套管无法紧贴，过流面积小，生产成本高等诸多缺点，发展更高效实用性更强的膨胀筛管是当前机械防砂领域的关键技术。
中国专利文献CN 105626002 A记载了一种免填充可膨胀筛管，包括膨胀基管、在该膨胀基管外侧设置的过滤筛管、以及过滤筛管外侧的膨胀体 ；膨胀体包括在过滤筛管外侧包覆的形状记忆聚合物层，以及整体包覆在形状记忆聚合物层外侧的水溶性聚合物层 ；过滤筛管两端通过第一定位环固定在膨胀基管上 ；形状记忆聚合物层两端通过第二定位环固定在过滤筛管上 ；膨胀基管两端分别设置有突出于第一定位环的膨胀基管延长段。但是方案存在膨胀基管的结构实现难度较大，成本较高，形状记忆聚合物层在下到井底过弯的过程中容易损坏，甚至导致防砂效果的失效。美国专利文献US 8664318A1记载了一种形状记忆结构，它包括：弹性材料；和粘弹性材料混合在一起的弹性材料，形状记忆结构在暴露于使粘弹性材料软化的环境变化时可从第一形状重新形成第二形状，从而允许形状记忆结构在存储在弹性体中的应力下蠕变材料和形状记忆结构被配置成在处于第一形状时比在第二形状时以较小的体积保持过滤材料（不是弹性材料或粘弹性材料中的一种）。该方案同样存在形状记忆结构容易损坏的问题。而且弹性材料过大的厚度，也容易影响过流效率，即流体流过不必要的过滤路径，这增加了能耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种组合膨胀筛管，能够在井下对井壁形成支撑，并避免记忆塑料聚合物的损坏，尤其是在通过弯折区域的时候，能够保护筛管的外壁。优选的方案中，能够提高筛管的过流效率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种组合膨胀筛管，它由内到外依次设有基管、记忆塑料聚合物和弹性金属网；
所述的基管为中空结构，至少被记忆塑料聚合物覆盖的区域设有多个用于液体通过的割缝或通孔；
所述的记忆塑料聚合物为可膨胀的带有用于防砂的孔隙的高分子材料，能够在地面被压缩，而下到井底后受预设条件刺激而膨胀，直至接触井壁；
所述的弹性金属网用于保护记忆塑料聚合物，并支撑井壁。
优选的方案中，所述的记忆塑料聚合物为SMP材料。
优选的方案中，所述的记忆塑料聚合物被设置成加温压缩形状，下入井底后受温度下降的影响逐渐张开。
优选的方案中，所述的记忆塑料聚合物被设置成常温压缩形状，下入井底后通电加热逐渐张开。
优选的方案中，所述的记忆塑料聚合物被设置成常温压缩形状，下入井底后通入高温液体介质后形状恢复。
优选的方案中，所述的记忆塑料聚合物被设置成常温压缩形状，压缩过程中设有粘合剂，所述的粘合剂采用改性淀粉，下入井底后通入溶解剂形状恢复。
优选的方案中，在弹性金属网的两端设有金属支撑网，金属支撑网被设置成可沿轴向摆动的结构；
当弹性金属网处于压缩状态下，金属支撑网向远离记忆塑料聚合物的方向摆动，当弹性金属网处于膨胀状态下，金属支撑网向靠近记忆塑料聚合物的方向摆动。
优选的方案中，所述的弹性金属网由轴向金属丝和环向金属丝组合而成，其中轴向金属丝位于靠近外层的位置，环向金属丝位于靠近内层的位置。
优选的方案中，在记忆塑料聚合物与基管之间设有消溶剂，在记忆塑料聚合物膨胀后，消溶剂能够在温度或溶解介质的作用下消溶，形成不影响支撑效果的空隙空间。
优选的方案中，在基管的表面，沿轴向交错设有记忆塑料聚合物段和筛管段；
所述的筛管段设有孔状筛管和网状筛管。
本发明提供了一种组合膨胀筛管，与现有技术相比，具有以下的优势，基管的局部能够直接采用割缝筛管或带孔管，与外层的具有孔隙的记忆塑料聚合物的组合形成双层防砂结构，能够在井下的使用过程中具有更高的防砂效果。位于最外层的弹性金属网具有一定的强度，既能防止在入井过程中由于井壁凹凸不平以及弯折时对筛管或记忆塑料聚合物带来的损害，又能在记忆塑料聚合物张开之后紧贴井壁，对井壁具有较好的支撑保护作用。优选的方案中，在使用过程中，消溶剂在记忆塑料聚合物与基管之间溶解后形成环空空间，使经过记忆塑料聚合物初步过滤的含砂流体通过割缝基管时具有更大的过流空间，从而提高生产效率。沿着轴向设置多段记忆塑料与网孔状筛管相互组合的形式，在能够具备对井壁支撑效果的同时，还减少了材料的使用，能够进一步节约成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明使用时的结构示意图。
图2为本发明另一优选方案使用时的结构示意图。
图3为本发明另一优选方案下入到井底过程中的结构示意图。
图4为本发明另一优选方案生产过程中的结构示意图。
图5为本发明中弹性金属网从收缩到张开时的局部结构示意图。
图6为本发明中弹性金属网收缩时的结构示意图。
图7为本发明中金属支撑网的结构示意图。
图中：基管1，记忆塑料聚合物2，弹性金属网3，轴向金属丝31，环向金属丝32，金属支撑网4，消溶剂5，井壁6，孔状筛管7，网状筛管8。
具体实施方式
如图1中，一种组合膨胀筛管，它由内到外依次设有基管1、记忆塑料聚合物2和弹性金属网3；
所述的基管1为中空结构，至少被记忆塑料聚合物2覆盖的区域设有多个用于液体通过的割缝或通孔；
所述的记忆塑料聚合物2为可膨胀的带有用于防砂的孔隙的高分子材料，能够在地面被压缩，而下到井底后受预设条件刺激而膨胀，直至接触井壁6；在下入筛管的过程中，外层的弹性金属网3能够保护记忆塑料聚合物2不被破坏。尤其在通过弯折部位的时候，摩擦由弹性金属网3承担，而不会损伤到记忆塑料聚合物2。进一步优选的，弹性金属网3包括沿轴向的金属丝和环向的金属丝，其中轴向金属丝31位于靠近外层的位置，环向金属丝32位于靠近内层的位置。在记忆塑料聚合物2的压缩状态下，环向的金属丝与轴线倾斜交叉，在记忆塑料聚合物2的膨胀状态下，环向的金属丝与轴线大致垂直。沿轴向的金属丝和环向的金属丝焊接连接，焊接方式优选采用激光焊接。其中沿轴向的金属丝位于外层，而环向的金属丝位于内层，该结构在通过井壁弯折部位时，例如竖井向水平井转向的部位时，具有较大的优势。
所述的弹性金属网3用于保护记忆塑料聚合物2，并支撑井壁6。由此结构，在地面将记忆塑料聚合物2压缩并固定，下到井下到位后，通过加热、化学溶解、电加热或以上方式的组合使记忆塑料聚合物2膨胀，直至支撑井壁。
优选的方案中，所述的记忆塑料聚合物2为SMP材料。
形状记忆聚合物Shape Memory Polymer，简称SMP)，又称为形状记忆高分子，是指具有初始形状的制品 在一定的条件下改变其初始条件并固定后，通过外界条件如热、 电、光、化学感应等的刺激 又可恢复其初始形状的高分子材料。
SMP根据其回复原理可分为:热致型SMP、电致型SMP、光致型SMP、化学感应型SMP等 。其中，热致型SMP形状记忆功能主要来源于材料内部存在不完全相容的两相 ,即保持成型制品形状的固定相和随温度变化会发生软化，硬化可逆变化的可逆相。固定相的作用在于原始形状的记忆与恢复，可逆相则保证成型制品可以改变形状 。根据固定相的结构特征SMP可分为热固性和热塑性两大类 ,除此之外还有一种所谓的 “ 冷变形成型”的形状记忆聚合物材料。
热固性SMP，是将聚合物加温到熔点(tm以上和交联剂共混，接着在模具里进行交联反应并确定一次形状，冷却结晶后即得到初始态，其化学交联结构为固定相 ,结晶相为可逆相 。当温度升高至(tm以上时，可逆相熔融软化，在外力的作用下可做成任意的形状保持外力并冷却固定，使分子链沿外力方向取向冻结得到变形态。当温度再升高至(tm以上时，可逆相分子链在熵弹性作用下发生自然卷曲，直至达到热力学平衡状态，从而发生形状回复，记忆一次形状 。热塑性SMP实质上是高分子链以物理交联的方式形成固定相和可逆相 。当温度升高至玻璃化转变温度(tg) 以上时，可逆相分子链的微观布朗运动加剧，而固定相仍处于固化状态，此时以一定外力使SMP发生变形，并保持外力使之冷却，可逆相固化得到稳定的新形状即变形态 。 当温度再升高至(tg)以上时，可逆相软化，固定相保持固化，可逆相分子链运动复活，在固定相的恢复应力作用下逐步达到热力学平衡状态，即宏观表现为恢复原状 。
电致型SMP是热致型形状记忆高分子材料与具有导电性能物质的组合方案采用如导电炭黑、金属粉末及导电高分子等复合材料。其记忆机理与热致感应型形状记忆高分子相同，该复合材料通过电流产生的热量使体系温度升高, 致使形状回复, 所以既具有导电性能，又具有良好的形状记忆功能。
优选的方案中，所述的记忆塑料聚合物2被设置成加温压缩形状，下入井底后受温度下降的影响逐渐张开。
优选的方案中，所述的记忆塑料聚合物2被设置成常温压缩形状，下入井底后通电加热逐渐张开。
优选的方案中，所述的记忆塑料聚合物2被设置成常温压缩形状，下入井底后通入高温液体介质后形状恢复。
优选的方案中，所述的记忆塑料聚合物2被设置成常温压缩形状，压缩过程中设有粘合剂，下入井底后通入溶解剂形状恢复。例如粘合剂采用改性淀粉，溶解剂采用偏碱性的水。或者油基热熔胶，溶解剂为乙醇。
优选的方案中，在弹性金属网3的两端设有金属支撑网4，金属支撑网4被设置成可沿轴向摆动的结构；
当弹性金属网处于压缩状态下，金属支撑网4向远离记忆塑料聚合物2的方向摆动，当弹性金属网处于膨胀状态下，金属支撑网4向靠近记忆塑料聚合物2的方向摆动。
优选的方案如图2中所示，在记忆塑料聚合物2与基管1之间设有消溶剂5，在记忆塑料聚合物2膨胀后，消溶剂5能够在温度或溶解介质的作用下消溶。所述的消溶剂5优选的采用石蜡或改性淀粉，例如酸性或碱性敏感淀粉，在下到井底后，通入相应的酸性或碱性敏感介质，使消溶剂5溶解，从而形成不影响支撑效果的空隙空间。由此结构，工作介质，例如采集的原油或水合物能够以较短的过滤行程进入到基管内。
优选的方案如图3、4中，在基管1的表面，沿轴向交错设有记忆塑料聚合物2段和筛管段；
所述的筛管段设有孔状筛管7和网状筛管8。由此结构，在记忆塑料聚合物2提供支撑效果的同时，孔状筛管7和网状筛管8的组合能够提供较高的生产效率。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种组合膨胀筛管，其特征是：它由内到外依次设有基管（1）、记忆塑料聚合物（2）和弹性金属网（3）；
所述的基管（1）为中空结构，至少被记忆塑料聚合物（2）覆盖的区域设有多个用于液体通过的割缝或通孔；
所述的记忆塑料聚合物（2）为可膨胀的带有用于防砂的孔隙的高分子材料，能够在地面被压缩，而下到井底后受预设条件刺激而膨胀，直至接触井壁（6）；
所述的记忆塑料聚合物（2）被设置成常温压缩形状，压缩过程中设有粘合剂，所述的粘合剂采用改性淀粉，下入井底后通入溶解剂形状恢复；
所述的弹性金属网（3）用于保护记忆塑料聚合物（2），并支撑井壁（6）；
在弹性金属网（3）的两端设有金属支撑网（4），金属支撑网（4）被设置成可沿轴向摆动的结构；
当弹性金属网处于压缩状态下，金属支撑网（4）向远离记忆塑料聚合物（2）的方向摆动，当弹性金属网处于膨胀状态下，金属支撑网（4）向靠近记忆塑料聚合物（2）的方向摆动；
所述的弹性金属网（3）由轴向金属丝（31）和环向金属丝（32）组合而成，其中轴向金属丝（31）位于靠近外层的位置，环向金属丝（32）位于靠近内层的位置；
在记忆塑料聚合物（2）与基管（1）之间设有消溶剂（5），在记忆塑料聚合物（2）膨胀后，消溶剂（5）能够在温度或溶解介质的作用下消溶，形成不影响支撑效果的空隙空间；
在基管（1）的表面，沿轴向交错设有记忆塑料聚合物（2）段和筛管段；
所述的筛管段设有孔状筛管（7）和网状筛管（8）。
2.根据权利要求1所述的一种组合膨胀筛管，其特征是：所述的记忆塑料聚合物（2）为SMP材料。
3.根据权利要求2所述的一种组合膨胀筛管，其特征是：所述的记忆塑料聚合物（2）被设置成加温压缩形状，下入井底后受温度下降的影响逐渐张开。
4.根据权利要求2所述的一种组合膨胀筛管，其特征是：所述的记忆塑料聚合物（2）被设置成常温压缩形状，下入井底后通电加热逐渐张开。
5.根据权利要求2所述的一种组合膨胀筛管，其特征是：所述的记忆塑料聚合物（2）被设置成常温压缩形状，下入井底后通入高温液体介质后形状恢复。
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