CN112647903B - 膨胀筛管及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膨胀筛管，包括筛管基管，筛管基管设有沿轴向的通孔，在筛管基管两端设有互相连接的连接结构，在筛管基管的壁上设有过滤孔，在筛管基管外壁固定连接多孔膨胀层，该多孔膨胀层采用非记忆类发泡且可压缩材质制成。本发明还公开了一种膨胀筛管施工方法。本发明的膨胀筛管及其施工方法，能够采用非记忆功能的多孔膨胀层即可实现现有技术中采用记忆类材料才能达到的防砂和支撑井壁的效果，大幅降低膨胀筛管制造、使用和施工成本。

Description

膨胀筛管及其施工方法
技术领域
本发明涉及石油采掘的井下筛管工具领域，具体涉及一种膨胀筛管及其施工方法。
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，周期较长自重较重，且施工和制造成本较高，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了发展，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CN105626002A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。但是该方案存在膨胀基管的结构实现难度较大，成本较高的问题，其中形状记忆聚合物层的成本非常高，而且膨胀体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US8664318A1记载了一种形状记忆结构，它包括：粘弹性材料；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，该方案同样存在实现价格过高的问题。
发明内容
第一方面，本发明提供了一种膨胀筛管，在确保防砂和井壁支撑效果的前提下，能够大幅降低膨胀筛管的制造成本，该膨胀筛管包括：筛管基管，筛管基管设有沿轴向的通孔，在筛管基管两端设有互相连接的连接结构，在筛管基管的壁上设有过滤孔，在筛管基管外壁固定连接多孔膨胀层，该多孔膨胀层采用非记忆类发泡且可压缩材质制成。
作为本发明的一种改进，所述非记忆类发泡且可压缩材质包括：发泡增硬聚氨酯、发泡PVC、发泡聚乙烯、发泡聚甲基丙烯酰亚胺中的一种。
作为本发明的一种改进，所述多孔膨胀层与筛管基管采用可降解的粘合剂粘接连接。可使得筛管基管在使用一段时间后，能够与多孔膨胀层分离，并从井下取出。
作为本发明的一种改进，所述多孔膨胀层外侧设有可降解约束袋，可降解约束袋的内径小于多孔膨胀层无约束时的最大外径，可降解约束袋在井下分解即松开对多孔膨胀层的约束。可降解约束袋分解后，可使得多孔膨胀层与井壁贴合得更紧密。
作为本发明的一种改进，所述可降解约束袋表面设有水溶性保护涂层或/和保护钢网层，保护钢网层用于保护可降解约束袋并随着多孔膨胀层改变直径。
作为本发明的一种改进，所述筛管基管内还设有控水阀，该控水阀包括控水阀外圈、控水阀内圈和控水阀挡水板，控水阀外圈与筛管基管内壁固定连接，控水阀内圈与控水阀外圈转动连接，控水阀挡水板固设在控水阀内圈中，以遮挡控水阀内圈的一部分。
作为本发明的一种改进，所述控水阀挡水板靠近底部的位置设有控水阀配重，使得控水阀挡水板在重力作用下始终位于控水阀的底部；所述控水阀挡水板的上游侧还设有控水阀导引板，控水阀导引板顶部与控水阀挡水板顶部连接，底部向控水阀上游方向倾斜。
作为本发明的一种改进，所述筛管基管内还设有控水板，该控水板包括两个控水板外圈、两个控水板内圈和弧形控水板，两个控水板外圈相隔一段距离与筛管基管的内壁固定连接，两个控水板内圈分别与两个控水板外圈转动连接，弧形控水板两端分别与控水板内圈相连，使得弧形控水板在重力作用下覆盖筛管基管内壁底部一定圆周范围。
作为本发明的一种改进，所述多孔膨胀层中设有分界面，将多孔膨胀层分隔为内外两层，多孔膨胀层的分界面两侧的材质互不连接，以使在筛管基管使用一段时间后可从多孔膨胀层的分界面的位置分离。
第二方面，本发明提供了一种用于上述膨胀筛管的施工方法，能够方便地将上述膨胀筛管下到水平井内，且施工较为方便，该施工方法包括：
S1、在筛管基管的外壁设置多孔膨胀层，该多孔膨胀层被设置为能够使液体沿径向通过并进入到筛管基管内，且多孔膨胀层在外力作用下可以压缩，而当外力消失后，多孔膨胀层能够膨开；
S2、沿径向压缩多孔膨胀层，然后将可降解约束袋套在多孔膨胀层之外，可降解约束袋被设置成在井下环境中一段时间后降解；
S3、将筛管基管互相连接下放到井中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的膨胀筛管及其施工方法，能够采用非记忆功能的多孔膨胀层即可实现现有技术中采用记忆类材料才能达到的防砂和支撑井壁的效果，大幅降低膨胀筛管制造、使用和施工成本。优选的方案中，还具有控水功能，能够在抽油过程中降低原油中的含水率。
附图说明
图1为本发明的膨胀筛管的结构示意图。
图2为本发明的膨胀筛管的另一优选结构示意图。
图3为本发明的膨胀筛管具有控水功能的结构示意图。
图4为本发明中控水阀的立体图。
图5为本发明中控水阀的另一方向立体图。
图6为本发明中膨胀筛管具有控水板结构的结构示意图。
图7为本发明中控水板的立体图。
图8为本发明中压缩多孔膨胀层(2)的设备的主视图。
图9为本发明中压缩多孔膨胀层(2)的设备的俯视图。
图10为本发明中多孔膨胀层压缩后的结构示意图。
图11为本发明的膨胀筛管的另一优选结构示意图。
附图标记说明：1-筛管基管；2-多孔膨胀层；3-井孔；4-固定箍；5-冲洗管；6-控水阀；601-控水阀外圈；602-控水阀内圈；603-控水阀挡水板；604-控水阀分水唇；605-控水阀配重；606-控水阀导引板；7-控水板；71-控水板外圈；72-控水板内圈；73-控水板导引环；74-弧形控水板；8-挤压爪；81-挤压爪连接梁；82-推杆；83-导杆；84-挤压爪爪体；9-可降解约束袋；10-保护钢网层；11-分界面。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
实施例1
如图1和2所示，一种膨胀筛管，包括筛管基管1，筛管基管1设有沿轴向的通孔，在筛管基管1两端设有互相连接的连接结构，在筛管基管1的壁上设有过滤孔，优选的，过滤孔为圆孔或长孔，在筛管基管1设有多孔膨胀层2，其中，多孔膨胀层2与筛管基管1固定连接。
固定连接的方式为，多孔膨胀层2与筛管基管1粘接连接。进一步优选的，多孔膨胀层2与筛管基管1采用可降解的粘合剂粘接连接，如此，当膨胀筛管使用3～5年后，由于粘合剂降解，多孔膨胀层2与筛管基管1之间脱开，从而便于将筛管基管1取出，经过修井并对筛管基管1重新安装多孔膨胀层2后，重新使用，大幅延长筛管基管1的使用寿命，降低使用成本。
另一可选的固定连接的方案如图2，多孔膨胀层2与筛管基管1通过固定箍4连接，固定箍4通过螺钉与筛管基管1连接。该结构使用简便，适用于筛管基管1不再取出的施工方案中。
筛管基管1两端的连接结构可采用图中所示的锥形凸台和锥形槽，如此，筛管基管1可依次首位相连接。
其中，多孔膨胀层2采用非记忆类发泡且可压缩材质，例如发泡增硬聚氨酯、发泡PVC、发泡聚乙烯、发泡聚甲基丙烯酰亚胺中的一种。由此方案，本发明与记忆类材料相比，能够大幅降低成本。发泡后的多孔膨胀层2经过开孔处理，以使液体介质通过。优选的，多孔膨胀层2的厚度在自然状态下在25mm以内，以确保支撑效果的前提下，降低压阻。
实施例2
如图10所示，在实施例1的基础上，在多孔膨胀层2之外设有可降解约束袋9，可降解约束袋9的内径小于多孔膨胀层2无约束时的最大外径，用于在井下分解即松开对多孔膨胀层2的约束。
可降解约束袋9为现有技术，例如可采用CN101250295A记载的一种可降解塑料薄膜，CN104177660A的一种可降解塑料配方，CN102604231A的一种可降解环保塑料及其制备方法中记载的材料。通过调整可降解约束袋9的厚度，确保有足够的约束力。
可降解约束袋9被设置为在井下75℃环境下，经过3～10天即开始降解。
实施例3
在实施例2的基础上，在可降解约束袋9表面设有保护涂层。
保护涂层可为水溶性涂层，用于延缓仓储和运输过程中可降解约束袋9的降解速度。优选的，水溶性涂层采用改性淀粉，主要作用是减少可降解约束袋9接触水的几率，从而几乎不会降解，从而可靠控制可降解约束袋9在井下的降解时间。
实施例4
如图10所示，在实施例2的基础上，在可降解约束袋9之外还设有保护钢网层10，保护钢网层10用于保护可降解约束袋9并随着多孔膨胀层2改变直径。本例中的保护钢网层10为钢丝编织的网状结构，保护钢网层10的网眼被设置为对液体介质无阻挡和过滤效果，而且保护钢网层10对多孔膨胀层2无约束效果，但是在膨胀筛管过弯或水平井的过程中，保护钢网层10先与井壁接触，能够保护可降解约束袋9避免破损。
实施例5
如图3～5所示，在上述所有实施例的基础上，在筛管基管1内还设有控水阀6，控水阀6的结构为：控水阀外圈601与控水阀内圈602可转动连接，优选的，在控水阀外圈601与控水阀内圈602之间设有滚珠轴承或滑动轴承，优选的设有磁悬浮轴承，控水阀外圈601用于与筛管基管内壁1固定连接，在控水阀内圈602固设有控水阀挡水板603，控水阀挡水板603遮挡控水阀内圈602的一部分。
优选的，在控水阀挡水板603靠近底部的位置设置控水阀配重605，以使控水阀挡水板603在重力作用下始终位于控水阀6的底部。
优选的，在控水阀挡水板603的上游还设有控水阀导引板606，控水阀导引板606与控水阀挡水板603的顶部连接，并向控水阀6上游的方向倾斜，以使冲洗管5沿着控水阀导引板606穿过控水阀6。在冲洗工况中，此处的上游是指靠近井口方向。即冲洗管5插入的方向。设置的控水阀导引板606构成一个斜面，便于冲洗管穿过控水阀6。
在部分水平井中，具有较高的水含量，通常水位于水平井井孔3的底部，而油位于水平井井孔3的顶部，设置的控水阀挡水板603在重力作用下始终位于控水阀6的底部，以使沿轴向通过的水被阻挡，而油则能够沿着每节的筛管基管1向井口方向移动。经评估，在抽油工况下，在靠近井口方向的筛管基管1中设置3～5个控水阀6能够降低原油中的水含量5～20％，而且控水阀6的结构简单，能够大幅提高采油效率。
实施例6
如图6和7所示，在上述任一实施例5的基础上，在筛管基管1内还设有控水板7，控水板7的结构为：两个控水板外圈71相隔一段距离与筛管基管1的内壁固定连接，两个控水板内圈72分别与控水板外圈71可转动连接，在两个控水板内圈72之间固设有弧形控水板74，弧形控水板74在重力作用下覆盖筛管基管1内壁底部一定圆周范围。
由此结构，适用于含水量更高的井孔3，设置的弧形控水板74能够在很大程度上阻挡从底部进入到筛管基管1内的水，从而大幅提高采油效率。
优选的，在每节的筛管基管1内，控水板7被设置为多段。优选的，控水板外圈71与控水板内圈72内圈之间采用滑动轴承。当筛管基管1下到水平井中，在重力作用下，弧形控水板74大概率的会位于筛管基管1的底部，从而使筛管基管1的顶部和底部的进液处于不同的概率下，顶部进液的效率要大大高于底部的进液概率，从而实现控水。
其中，实施例5的控水阀6和本实施例的控水板7，可以根据工况，单独使用或者组合使用。
实施例7
如图11所示，在实施例1～6的基础上，在多孔膨胀层2设有沿圆周的分界面11，分界面11位于距离筛管基管1轴线等半径的位置，多孔膨胀层2的分界面11两侧的材质互不连接，以使在筛管基管1使用一段时间后从多孔膨胀层2从分界面11的位置分离。
通常在井下2年后，膨胀筛管即压力和泥沙淤积作用下被井孔3固定，很难再取出，这造成了使用成本高昂的问题。设置的分界面11，使筛管基管1与多孔膨胀层2能够从分界面11的位置被分离，从而便于取出筛管基管1，经过修井和修复筛管基管1后重新将膨胀筛管下到井中，从而大幅降低采油成本。
优选的，位于外层的多孔膨胀层2的孔径要大于位于内层的多孔膨胀层2的孔径。位于内层的多孔膨胀层2的硬度高于位于外层的多孔膨胀层2的硬度。由于下井过程中有可降解约束袋9和保护钢网层10辅助限位，而在下到井下后筛管基管1不会移动，当可降解约束袋9和保护钢网层10降解和失效后，即可方便的将筛管基管1取出，重复利用，也便于对井孔3进行修整。
实施例8
一种用于实施例1～7所述的膨胀筛管的施工方法，包括以下步骤：
S1、在筛管基管1的外壁设有多孔膨胀层2，优选的，多孔膨胀层2采用非记忆功能的发泡且可压缩材质，例如发泡增硬聚氨酯、发泡PVC、发泡聚乙烯、发泡聚甲基丙烯酰亚胺中的一种。发泡后的多孔膨胀层2经过开孔处理，以使液体介质通过。多孔膨胀层2被设置为能够使液体沿径向通过并进入到筛管基管1内，且多孔膨胀层2在外力作用下可以压缩，而当外力消失后，多孔膨胀层2能够膨开。
S2、沿径向压缩多孔膨胀层2，优选的，以图8、9中所示的挤压爪8装置将多孔膨胀层2压缩，然后将可降解约束袋9套在多孔膨胀层2之外；可降解约束袋9的直径小于多孔膨胀层2在自然状态下的外径。
S3、将筛管基管1互相连接下放到井中。
可降解约束袋9在井下75℃环境下，3～10天后即完全降解。多孔膨胀层2失去约束后，即完全膨胀。
通过以上步骤，实现膨胀筛管的下放施工。
在使用一定年限，例如5～8年后，将筛管基管1取出，以修井设备重新修井，将淤积在井孔3的泥沙和剩余的多孔膨胀层2去除。在筛管基管1的外壁重新加工多孔膨胀层2和可降解约束袋9的结构，实现筛管基管1的重复利用。
实施例9：
在实施例8的基础上，如图8和9所示，用于筛管基管1的多孔膨胀层2的挤压爪8装置，在挤压爪8设有交错布置的挤压爪爪体84，挤压爪爪体84的横截面设有圆形的底部结构，圆形的底部结构的自由端设有直线段，至少两个挤压爪爪体84相对布置，且自由端互相交错，底部的自由端铰接在轴杆上，当两个挤压爪爪体84挤压在一起时，两个挤压爪爪体84的内空构成一个完整的圆形，从而将多孔膨胀层2压缩成圆形，便于套可降解约束袋9。
优选的，多个挤压爪爪体84之间通过挤压爪连接梁81互相连接，挤压爪连接梁81上设有导杆83和推杆82，导杆83用于引导挤压爪8轴向滑行，推杆82与伸缩机构连接，例如，气缸、丝杠螺杆机构或齿轮齿条机构等。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种膨胀筛管，包括筛管基管（1），筛管基管（1）设有沿轴向的通孔，在筛管基管（1）两端设有互相连接的连接结构，在筛管基管（1）的壁上设有过滤孔，其特征在于：在筛管基管（1）外壁固定连接多孔膨胀层（2），该多孔膨胀层（2）采用非记忆类发泡且可压缩材质制成；
筛管基管（1）内设有控水阀（6），该控水阀（6）包括控水阀外圈（601）、控水阀内圈（602）和控水阀挡水板（603），控水阀外圈（601）与筛管基管（1）内壁固定连接，控水阀内圈（602）与控水阀外圈（601）转动连接，控水阀挡水板（603）固设在控水阀内圈（602）中，以遮挡控水阀内圈（602）的一部分；
控水阀挡水板（603）靠近底部的位置设有控水阀配重（605），使得控水阀挡水板（603）在重力作用下始终位于控水阀（6）的底部，控水阀挡水板（603）的上游侧设有控水阀导引板（606），控水阀导引板（606）顶部与控水阀挡水板（603）顶部连接，底部向控水阀（6）上游方向倾斜。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀筛管，其特征在于：所述非记忆类发泡且可压缩材质包括：发泡增硬聚氨酯、发泡PVC、发泡聚乙烯、发泡聚甲基丙烯酰亚胺中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种膨胀筛管，其特征在于：所述多孔膨胀层（2）与筛管基管（1）采用可降解的粘合剂粘接连接。
4.根据权利要求1所述的一种膨胀筛管，其特征在于：所述多孔膨胀层（2）外侧设有可降解约束袋（9），可降解约束袋（9）的内径小于多孔膨胀层（2）无约束时的最大外径，可降解约束袋（9）在井下分解即松开对多孔膨胀层（2）的约束。
5.根据权利要求4所述的一种膨胀筛管，其特征在于：所述可降解约束袋（9）表面设有水溶性保护涂层或/和保护钢网层（10），保护钢网层（10）用于保护可降解约束袋（9）并随着多孔膨胀层（2）改变直径。
6.根据权利要求1所述的一种膨胀筛管，其特征在于：所述筛管基管（1）内还设有控水板（7），该控水板（7）包括两个控水板外圈（71）、两个控水板内圈（72）和弧形控水板（74），两个控水板外圈（71）相隔一段距离与筛管基管（1）的内壁固定连接，两个控水板内圈（72）分别与两个控水板外圈（71）转动连接，弧形控水板（74）两端分别与控水板内圈（72）相连，使得弧形控水板（74）在重力作用下覆盖筛管基管（1）内壁底部一定圆周范围。
7.根据权利要求1所述的一种膨胀筛管，其特征在于：所述多孔膨胀层（2）中设有分界面（11），将多孔膨胀层（2）分隔为两层，多孔膨胀层（2）的分界面（11）两侧的材质互不连接，以使在筛管基管（1）使用一段时间后能够从多孔膨胀层（2）的分界面（11）的位置分离。
8.一种用于权利要求1-7任一所述的膨胀筛管的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在筛管基管（1）的外壁设置多孔膨胀层（2），该多孔膨胀层（2）被设置为能够使液体沿径向通过并进入到筛管基管（1）内，且多孔膨胀层（2）在外力作用下能够压缩，而当外力消失后，多孔膨胀层（2）能够膨开；
S2、沿径向压缩多孔膨胀层（2），然后将可降解约束袋（9）套在多孔膨胀层（2）之外，可降解约束袋（9）被设置成在井下环境中一段时间后降解；
S3、将筛管基管（1）互相连接下放到井中。
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