CN113565473A - 一种自洁型环缝防砂过滤单元及单体式防砂筛管 - Google Patents

Abstract

本发明为一种自洁型环缝防砂过滤单元及单体式防砂筛管，其中，自洁型环缝防砂过滤单元包括具有内凹槽的外壳，在外壳上开设有通孔，在内凹槽内嵌套有一个芯柱、至少一个中间环以及一个外层环。外层环的外壁与内凹槽的槽壁贴合，芯柱、中间环以及外层环相互之间分别形成一环形缝通道。各环形缝通道靠近内凹槽槽底的一端分别作为其内侧端，靠近内凹槽槽口的一端分别作为其外侧端。各环形缝通道沿外壳轴线方向的纵截面靠近其内侧端的部分呈长方形，靠近其外侧端的部分呈外大里小的梯形。芯柱、中间环以及外层环相互之间分别通过卡锁件固定。本发明的自洁型环缝防砂过滤单元及单体式防砂筛管，具有防砂精度可控以及高效自洁的优点。

Description

一种自洁型环缝防砂过滤单元及单体式防砂筛管

技术领域

本发明是关于油气开采工艺技术领域，尤其涉及一种自洁型环缝防砂过滤单元及单体式防砂筛管。

背景技术

单体式防砂筛管一般由管体和安装在管体孔眼里的防砂过滤单元构成，根据防砂过滤单元的过滤结构不同，而形成不同类型的防砂筛管，以满足不同出砂地层的防砂需要。

但是，现有不同的单体式防砂筛管存在适用面比较窄的问题，很难同时具备防砂精度可控、高效自洁、耐冲蚀和高抗外挤强度的性能。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种自洁型环缝防砂过滤单元及单体式防砂筛管，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自洁型环缝防砂过滤单元及单体式防砂筛管，具有防砂精度可控以及高效自洁的优点。

本发明的目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种自洁型环缝防砂过滤单元，包括具有内凹槽的外壳；在外壳上对应内凹槽的槽底位置开设有通孔，在内凹槽内由中心向外周依次嵌套有一个芯柱、至少一个中间环以及一个外层环；外层环的外壁与内凹槽的槽壁贴合，芯柱、中间环以及外层环相互之间分别形成一环形缝通道；各环形缝通道靠近内凹槽槽底的一端分别作为其内侧端，靠近内凹槽槽口的一端分别作为其外侧端；各环形缝通道沿外壳轴线方向的纵截面靠近其内侧端的部分呈长方形，靠近其外侧端的部分呈外大里小的梯形；芯柱、中间环以及外层环相互之间分别通过卡锁件固定。

在本发明的一较佳实施方式中，芯柱、中间环以及外层环靠近内凹槽槽底的一端分别作为其内侧端，靠近内凹槽槽口的一端分别作为其外侧端；内凹槽为圆柱形凹槽，外层环的内壁和外壁均为直圆柱面；芯柱的外壁靠近其内侧端的部分形成直圆柱面，靠近其外侧端的部分形成由其内侧端向外侧端渐缩的圆锥面；中间环的内壁为直圆柱面，中间环的外壁靠近其内侧端的部分形成直圆柱面，靠近其外侧端的部分形成由其内侧端向外侧端渐缩的圆锥面。

在本发明的一较佳实施方式中，卡锁件为锁柱，并嵌设在芯柱、中间环以及外层环相互之间的相邻两个侧壁内。

在本发明的一较佳实施方式中，外层环的内壁由其内侧端向外侧端开设有半圆形内沉孔，在中间环的外壁由其外侧端向内侧端开设有半圆形外沉孔，在中间环的内壁由其内侧端向外侧端开设有半圆形内沉孔，在芯柱的外壁由其外侧端向内侧端开设有半圆形外沉孔；各半圆形外沉孔与位于其外周的半圆形内沉孔的数量相同，且各半圆形外沉孔与其外周对应的半圆形内沉孔相对的部分分别围合构成一圆柱孔，上述的锁柱嵌设在圆柱孔。

在本发明的一较佳实施方式中，外层环的内壁共对称设有两个半圆形内沉孔；中间环的外壁共对称设有两个半圆形外沉孔，中间环的内壁共对称设有两个半圆形内沉孔，且中间环的两个半圆形外沉孔与两个半圆形内沉孔呈90°交错分布；芯柱的外壁共对称设有两个半圆形外沉孔。

在本发明的一较佳实施方式中，共设有多个通孔，各通孔的横截面均呈扇形并围绕外壳轴线布置。

在本发明的一较佳实施方式中，芯柱、中间环以及外层环的材质均为硬质合金或者陶瓷材料。

本发明还提供了一种单体式防砂筛管，包括：

管体，其外壁沿其径向凹设有多个防砂凹槽，防砂凹槽的底面沿管体的径向开设有孔径缩小的阶梯孔，阶梯孔形成朝向管体外壁的孔肩部；

以及多个上述的自洁型环缝防砂过滤单元，各自洁型环缝防砂过滤单元对应嵌设在各防砂凹槽，且内凹槽的槽口朝向管体内壁设置，外壳与管体固定连接，外层环的外侧端抵靠在孔肩部上。

在本发明的一较佳实施方式中，外壳与管体焊接固定。

在本发明的一较佳实施方式中，管体的材质为碳钢。

由上所述，本发明中的自洁型环缝防砂过滤单元及单体式防砂筛管通过对芯柱、中间环以及外层环相互之间所形成的环形缝通道进行特殊设计，使其形成一个由直缝通道到梯形缝通道的组合缝隙，该直缝通道的宽度作为该自洁型环缝防砂过滤单元的挡砂粒径。在采油时，原油经外壳上的通孔流入各环形缝通道内，先流经直缝通道后流经梯形缝通道。由于砂粒一般都不是均匀的球形，基本都是带有棱角的椭圆柱状或者其他长条状，而且砂粒随液体流动过程中还会不停地打转，所以，若环形缝通道全为直缝通道的话，砂粒进入直缝通道后在打转过程中就很容易卡在直缝通道内无法流出。而本发明中的环形缝通道由直缝通道和梯形缝通道组合构成，进入直缝通道内的砂粒会直接接入梯形缝通道内，由于梯形缝通道越靠近外侧端宽度越大，进而更有利于砂粒的旋转，有效避免砂粒在打转过程中卡在环形缝通道内而造成环形缝通道内部的堵塞。

由此，本发明中环形缝通道的直缝通道可以起到保证过滤精度的作用，梯形缝通道可以起到排出未被过滤的地层固体颗粒的作用，从而防止固体颗粒堵塞在环形缝通道内。因此，本发明中的自洁型环缝防砂过滤单元可以将挡砂粒径设计较小，具有高效的防砂能力，同时具备高效自洁的性能，不易造成环形缝通道内部的堵塞，挡砂精度可控性更高，过流性能更突出。整个自洁型环缝防砂过滤单元结构简单紧凑，科学有效，易于加工，成本低。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明提供的自洁型环缝防砂过滤单元的俯视图。

图2：为图1中沿A-A方向的剖视图。

图3：为图1中沿B-B方向的剖视图。

图4：为图3中D处的局部放大图。

图5：为本发明提供的外壳的主视剖视图。

图6：为本发明提供的外壳的俯视图。

图7：为本发明提供的外壳的侧视图。

图8：为本发明提供的外层环的主视剖视图。

图9：为本发明提供的外层环的俯视图。

图10：为本发明提供的外层环的侧视剖视图。

图11：为本发明提供的中间环的主视剖视图。

图12：为本发明提供的中间环的俯视图。

图13：为本发明提供的中间环的侧视剖视图。

图14：为本发明提供的芯柱的主视图。

图15：为本发明提供的芯柱的俯视图。

图16：为本发明提供的芯柱的侧视剖视图。

图17：为本发明提供的锁柱的主视图。

图18：为本发明提供的锁柱的俯视图。

图19：为本发明提供的单体式防砂筛管的结构示意图。

图20：为本发明提供的管体的局部剖视图。

图21：为图19中沿C-C方向的剖视图。

附图标号说明：

10、自洁型环缝防砂过滤单元；

1、外壳；11、内凹槽；12、通孔；

2、外层环；21、第一半圆形内沉孔；

3、中间环；31、第一半圆形外沉孔；32、第二半圆形内沉孔；

4、芯柱；41、第二半圆形外沉孔；

5、锁柱；

6、环形缝通道；61、直缝通道；62、梯形缝通道；

20、管体；201、防砂凹槽；202、阶梯孔；2021、孔肩部。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图7所示，本实施例提供一种自洁型环缝防砂过滤单元10，包括具有内凹槽11的外壳1，在外壳1上对应内凹槽11的槽底位置开设有通孔12，在内凹槽11内由中心向外周依次嵌套有一个芯柱4、至少一个中间环3以及一个外层环2。外层环2的外壁与内凹槽11的槽壁贴合，芯柱4、中间环3以及外层环2相互之间分别形成一环形缝通道6。各环形缝通道6靠近内凹槽11槽底的一端分别作为其内侧端，靠近内凹槽11槽口的一端分别作为其外侧端。各环形缝通道6沿外壳1轴线方向的纵截面靠近其内侧端的部分呈长方形，靠近其外侧端的部分呈外大里小的梯形。芯柱4、中间环3以及外层环2相互之间分别通过卡锁件固定。

其中，芯柱4为实心结构，外层环2和中间环3均为环形柱体结构，外层环2的外壁与内凹槽11的槽壁间隙配合。在使用时，该自洁型环缝防砂过滤单元10嵌设在下述的单体式防砂筛管的防砂凹槽201内并固定。中间环3的数量可以根据实际需要而定，例如本实施例中共设有三个中间环3。

本实施例中的自洁型环缝防砂过滤单元10(这里所说的环缝就是指上述的环形缝通道6)通过对芯柱4、中间环3以及外层环2相互之间所形成的环形缝通道6进行特殊设计，使其形成一个由直缝通道61到梯形缝通道62的组合缝隙，该直缝通道61的宽度作为该自洁型环缝防砂过滤单元10的挡砂粒径。在采油时，原油经外壳1上的通孔12流入各环形缝通道6内，先流经直缝通道61后流经梯形缝通道62。由于砂粒一般都不是均匀的球形，基本都是带有棱角的椭圆柱状或者其他长条状，而且砂粒随液体流动过程中还会不停地打转，所以，若环形缝通道6全为直缝通道的话，砂粒进入直缝通道后在打转过程中就很容易卡在直缝通道内无法流出。而本实施例中的环形缝通道6由直缝通道61和梯形缝通道62组合构成，进入直缝通道61内的砂粒会直接接入梯形缝通道62内，由于梯形缝通道62越靠近外侧端宽度越大，进而更有利于砂粒的旋转，有效避免砂粒在打转过程中卡在环形缝通道6内而造成环形缝通道6内部的堵塞。

由此，本实施例中环形缝通道6的直缝通道61可以起到保证过滤精度的作用，梯形缝通道62可以起到排出未被过滤的地层固体颗粒(即未被直缝通道61阻挡在外的砂粒)的作用，从而防止固体颗粒堵塞在环形缝通道6内。因此，本实施例中的自洁型环缝防砂过滤单元10可以将挡砂粒径设计较小，具有高效的防砂能力，同时具备高效自洁的性能，不易造成环形缝通道6内部的堵塞，挡砂精度可控性更高，过流性能更突出。整个自洁型环缝防砂过滤单元10结构简单紧凑，科学有效，易于加工，成本低。

在具体实现方式中，为了便于加工和安装，上述的环形缝通道6可以这样实现：如图1至图16所示，芯柱4、中间环3以及外层环2靠近内凹槽11槽底的一端分别作为其内侧端，靠近内凹槽11槽口的一端分别作为其外侧端。内凹槽11为圆柱形凹槽，外层环2的内壁和外壁均为直圆柱面。芯柱4的外壁靠近其内侧端的部分形成直圆柱面，靠近其外侧端的部分形成由其内侧端向外侧端渐缩的圆锥面。中间环3的内壁为直圆柱面，中间环3的外壁靠近其内侧端的部分形成直圆柱面，靠近其外侧端的部分形成由其内侧端向外侧端渐缩的圆锥面。

这样，芯柱4以及中间环3的各圆锥面与其外周的直圆柱面相对的部分构成环形缝通道6的梯形截面部分(即梯形缝通道62部分)，芯柱4以及中间环3的各直圆柱面与其外周的直圆柱面相对的部分构成环形缝通道6的长方形截面部分(即直缝通道61部分)，此时该梯形缝通道62为一直角梯形缝通道。当然，根据需要该梯形缝通道62也可以采用等腰梯形或者其他形状的梯形，只要构成外大里小的梯形均可，本实施例仅为举例说明。

上述的卡锁件主要是为了实现芯柱4、中间环3以及外层环2之间的逐级固定，在实际应用中，为了便于加工和安装，如图2、图3、图17以及图18所示，卡锁件为锁柱5，并嵌设在芯柱4、中间环3以及外层环2相互之间的相邻两个侧壁内。

具体来说，如图2、图3以及图8至图18所示，外层环2的内壁由其内侧端向外侧端开设有半圆形内沉孔，并记作第一半圆形内沉孔21。在中间环3的外壁由其外侧端向内侧端开设有半圆形外沉孔，并记作第一半圆形外沉孔31；在中间环3的内壁由其内侧端向外侧端开设有半圆形内沉孔，并记作第二半圆形内沉孔32。在芯柱4的外壁由其外侧端向内侧端开设有半圆形外沉孔，并记作第二半圆形外沉孔41。各半圆形外沉孔与位于其外周的半圆形内沉孔的数量相同，且各半圆形外沉孔与其外周对应的半圆形内沉孔相对的部分分别围合构成一圆柱孔，上述的锁柱5嵌设在圆柱孔。

详细而言，芯柱4上的第二半圆形外沉孔41与中间环3上的第二半圆形内沉孔32围合构成圆柱孔，中间环3上的第一半圆形外沉孔31与外层环2上的第一半圆形内沉孔21围合构成圆柱孔；当中间环3的数量大于等于两个时，相邻两个中间环3上的第一半圆形外沉孔31与第二半圆形内沉孔32围合构成圆柱孔。在各圆柱孔内分别嵌设一个上述的锁柱5，以实现逐级卡锁。

在具体实现过程中，为了更便于安装，外层环2的内壁共对称设有两个半圆形内沉孔。中间环3的外壁共对称设有两个半圆形外沉孔，中间环3的内壁共对称设有两个半圆形内沉孔，且中间环3的两个半圆形外沉孔与两个半圆形内沉孔呈90°交错分布。芯柱4的外壁共对称设有两个半圆形外沉孔。

当然，上述的卡锁件也可以采用其他的方式，只要便于实现芯柱4、中间环3以及外层环2之间的固定均可，本发明对此不进行限定。

进一步地，为了在采油时原油能够更顺利通过外壳1上的通孔12流入各环形缝通道6内，如图6所示，共设有多个通孔12，各通孔12的横截面均呈扇形并围绕外壳轴线布置。对于通孔12的数量可以根据需要而定，例如本实施例共设有四个通孔12。

进一步地，为了保证自洁型环缝防砂过滤单元10的防砂能力，芯柱4、中间环3以及外层环2的材质均为硬质合金或者陶瓷材料。

这样，采用此种较硬的材质，采油时在原油的多次冲击下，能够避免芯柱4、中间环3以及外层环2发生形变，有效防止环形缝通道6的缝隙宽度在流体的冲击下越冲越大，使得自洁型环缝防砂过滤单元10具有更强的耐冲蚀能力，保证了自洁型环缝防砂过滤单元10的挡砂精度。

进一步地，如图19、图20和图21所示，本实施例还提供一种单体式防砂筛管，包括管体20以及多个上述的自洁型环缝防砂过滤单元10。管体20的外壁沿其径向凹设有多个防砂凹槽201，防砂凹槽201的底面沿管体20的径向开设有孔径缩小的阶梯孔202，阶梯孔202形成朝向管体20外壁的孔肩部2021。各自洁型环缝防砂过滤单元10对应嵌设在各防砂凹槽201，且内凹槽11的槽口朝向管体20内壁设置，外壳1与管体20固定连接，外层环2的外侧端抵靠在孔肩部2021上。

其中，一般防砂凹槽201为圆形凹槽，多个防砂凹槽201均匀分布于管体20的外壁上，以使流体能够从管体20周围的各个位置均匀流入管体20的内部。外壳1与管体20可以焊接固定，也可以采用其他方式固定。通过卡锁件的逐级卡锁以及孔肩部2021对外层环2的外壳1的限位作用，能够防止自洁型环缝防砂过滤单元10向管体20内壁脱落，保证了结构的稳定性。

在采油时，原油从管体20外侧流入，经过自洁型环缝防砂过滤单元10的过滤作用后流入管体20内部，通过自洁型环缝防砂过滤单元10的结构设计，既能够保证防砂精度，又能够将进入直缝通道61内的砂粒排出至管体20内部，避免自洁型环缝防砂过滤单元10内部的堵塞，具有高效自洁能力。同时整个单体式防砂筛管通过在管体20上加工出防砂凹槽201，并将各自洁型环缝防砂过滤单元10嵌设在防砂凹槽201内，相较于割缝筛管来说，其应力分布更加均匀，基本不存在应力集中现象，因此，本实施例中的单体式防砂筛管具有高抗外挤强度。

进一步地，为了便于对管体20加工，方便在其外壁上加工出各防砂凹槽201，管体20采用相对较软的材质，例如管体20的材质为碳钢。

综上，本实施例中的单体式防砂筛管具有防砂精度可控、高效自洁、耐冲蚀以及高抗外挤强度的优点，且结构简单，加工方便，易于现场施工操作，成本低。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种自洁型环缝防砂过滤单元，其特征在于，包括具有内凹槽的外壳；

在外壳上对应内凹槽的槽底位置开设有通孔，在内凹槽内由中心向外周依次嵌套有一个芯柱、至少一个中间环以及一个外层环；

外层环的外壁与内凹槽的槽壁贴合，芯柱、中间环以及外层环相互之间分别形成一环形缝通道；各环形缝通道靠近内凹槽槽底的一端分别作为其内侧端，靠近内凹槽槽口的一端分别作为其外侧端；各环形缝通道沿外壳轴线方向的纵截面靠近其内侧端的部分呈长方形，靠近其外侧端的部分呈外大里小的梯形；芯柱、中间环以及外层环相互之间分别通过卡锁件固定。

2.如权利要求1所述的自洁型环缝防砂过滤单元，其特征在于，

芯柱、中间环以及外层环靠近内凹槽槽底的一端分别作为其内侧端，靠近内凹槽槽口的一端分别作为其外侧端；

内凹槽为圆柱形凹槽，外层环的内壁和外壁均为直圆柱面；芯柱的外壁靠近其内侧端的部分形成直圆柱面，靠近其外侧端的部分形成由其内侧端向外侧端渐缩的圆锥面；中间环的内壁为直圆柱面，中间环的外壁靠近其内侧端的部分形成直圆柱面，靠近其外侧端的部分形成由其内侧端向外侧端渐缩的圆锥面。

3.如权利要求2所述的自洁型环缝防砂过滤单元，其特征在于，

卡锁件为锁柱，并嵌设在芯柱、中间环以及外层环相互之间的相邻两个侧壁内。

4.如权利要求3所述的自洁型环缝防砂过滤单元，其特征在于，

外层环的内壁由其内侧端向外侧端开设有半圆形内沉孔，在中间环的外壁由其外侧端向内侧端开设有半圆形外沉孔，在中间环的内壁由其内侧端向外侧端开设有半圆形内沉孔，在芯柱的外壁由其外侧端向内侧端开设有半圆形外沉孔；

各半圆形外沉孔与位于其外周的半圆形内沉孔的数量相同，且各半圆形外沉孔与其外周对应的半圆形内沉孔相对的部分分别围合构成一圆柱孔，所述的锁柱嵌设在圆柱孔。

5.如权利要求4所述的自洁型环缝防砂过滤单元，其特征在于，

外层环的内壁共对称设有两个半圆形内沉孔；中间环的外壁共对称设有两个半圆形外沉孔，中间环的内壁共对称设有两个半圆形内沉孔，且中间环的两个半圆形外沉孔与两个半圆形内沉孔呈90°交错分布；芯柱的外壁共对称设有两个半圆形外沉孔。

6.如权利要求1所述的自洁型环缝防砂过滤单元，其特征在于，

共设有多个通孔，各通孔的横截面均呈扇形并围绕外壳轴线布置。

7.如权利要求1所述的自洁型环缝防砂过滤单元，其特征在于，

芯柱、中间环以及外层环的材质均为硬质合金或者陶瓷材料。

8.一种单体式防砂筛管，其特征在于，包括：

管体，其外壁沿其径向凹设有多个防砂凹槽，防砂凹槽的底面沿管体的径向开设有孔径缩小的阶梯孔，阶梯孔形成朝向管体外壁的孔肩部；

以及多个如权利要求1至7任一项所述的自洁型环缝防砂过滤单元，各自洁型环缝防砂过滤单元对应嵌设在各防砂凹槽，且内凹槽的槽口朝向管体内壁设置，外壳与管体固定连接，外层环的外侧端抵靠在孔肩部上。

9.如权利要求8所述的单体式防砂筛管，其特征在于，

外壳与管体焊接固定。

10.如权利要求8所述的单体式防砂筛管，其特征在于，

管体的材质为碳钢。

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