CN116641693A - 一种滤砂装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气开采装备技术领域，具体地，涉及一种滤砂装置。滤砂装置包括：外过滤层，在外过滤层的外壁设置有多个凸起，在凸起的周向侧面设置有将外过滤层的内外连通的过滤孔，在外过滤层上喷涂疏水疏油涂料，疏水疏油涂料包括含氟苯丙乳液、颜填料和异氰酸酯基含氟预聚物；设置在外过滤层内侧的中过滤层，中过滤层包括多个间隔式均匀分布的筛条，相邻筛条之间的间隙小于过滤孔的尺寸；设置在中过滤层内侧的内过滤层，内过滤层的过滤尺寸小于中过滤层的过滤尺寸；以及支撑层，支撑层设置在内过滤层的内侧，在支撑层上均匀设置有多个通孔，通孔的尺寸大于过滤孔的尺寸。

Description

一种滤砂装置

技术领域

本发明属于油气开采装备技术领域，具体地，涉及一种滤砂装置。

背景技术

我国疏松砂岩油藏分布范围较大、储量大、产量占有重要的地位。在一般开采条件下，油井出砂其危害极大，如果不及时治理砂害，油、气井出砂会越来越严重，导致油、气井油量低产。出砂的危害主要表现在以下三个方面：使地面和井下设备严重磨蚀，甚至造成砂卡；冲砂检泵、地面清罐等维修工作量剧增；砂埋油层或井筒砂堵会造成油井停产；出砂严重时还会引起井壁甚至油层坍塌而损坏套管甚至造成油井报废。这些危害既提高了原油的生产成本，又加大了油田的开采难度。因此，油井防砂工艺技术的研究和发展对疏松砂岩油藏的顺利开发至关重要。

防砂工艺是解决油井出砂问题的一项重要举措，目前仍存在一些问题：滤砂管在大斜井等复杂井矿下入过程中易破损；在满足高渗透率的条件下，不能同时满足滤砂效果；部分滤砂管防砂周期短，受不规则挤压导致变形，使得防砂失效，且后期处理难度大，修复技术复杂，成本较高，有效率低。

国内防砂工艺技术的研究已有近几十年的发展进程，辽河油田、胜利油田、大港油田在油气井防砂领域也作了大量的研究，进一步提高了国内防砂工艺的技术水平。目前已形成机械防砂技术、化学防砂技术、复合防砂技术和压裂防砂技术的四大主导技术系统，实现了理论技术的新突破，由单一防砂工艺转变为多种采油工艺有效集成。其中辽河油田防砂中心，研制开发了复合射孔防砂技术，为国际领先水平。随着辽河油田稠油开发比重的增加，辽河油田的出砂情况变得越来越复杂，防砂治理工作难度也越来越大，辽河油田结合油井出砂特点，开展了防砂基础理论及试验研究，主要包括：出砂机理分析、防砂数据库和出砂预测软件的建立、防砂机具性能评价研究。先后研制开发了机械、化学、复合型防砂工艺技术近20项，主要有TBS筛管防砂技术、塑料筛管防砂技术、激光割缝筛管高压砾石充填深部防砂技术、压裂防砂技术、复合射孔防砂技术、焦碳人工井壁防砂技术、泡沫树脂液防砂技术、乳液树脂固砂技术、桃壳人工井壁防砂技术、高温固砂技术、携砂采液技术、低压井冲砂技术。

目前机械防砂主要化分两类：一类是下入防砂管柱挡砂，如割缝衬管、绕丝筛管、胶结成型的滤砂管、双层或多层筛管等。这类防砂方法简单易行，但效果差，寿命短。原因是防砂管柱的缝隙或孔隙易被进入井筒的细地层砂所堵塞。另一类是下入防砂管柱后再进行充填充填材料多种多样。最常用的是砾石，还可用果壳、果核、塑料颗粒、玻璃球或陶粒等。这种防砂方法能有效地把地层砂限制在地层内，并能使地层保持稳定的力学结构，防砂效果好，寿命长。相对来说，机械防砂对地层的适应能力强，无论产层厚薄、渗透率高低，夹层多少都能有效的实施；在老油井作业中，还可起到恢复地层应力的作用，从而延长生产周期，使出砂井能得到充分的利用。加上机械防砂成功率高，相对成本较低等优点，目前应用十分广泛。

国外在油气井防砂方面主要以机械防砂为主，约占防砂作业的90%，其中绕丝筛管砾石充填经过不断的完善和发展，到八十年代已发展成为一项较成熟的技术。随着油田的进一步开发，现在又相继研究开发各类型的滤砂管、可膨胀性割缝筛管和压裂防砂、过油管防砂等防砂工艺技术。化学防砂六十年代在美国墨西哥湾地区曾占据防砂作业的主导地位，但由于机械防砂的完善和发展，其主导地位逐渐被取代。进入九十年代后，性能较好的固砂剂不断出现，化学防砂的前景又趋看好。

美国Baker公司的EXCLUDER筛管具有坚固，抗磨损能力强的特点，由保护罩、单层滤膜网、贝克焊接内衬管和基管组成，这种多层机构使得筛管有较好的抗冲蚀能力。STRATAPAC多层充填组合筛管的技术核心是保尔PMM不锈钢介质，因其总厚度较小，可应用于小井眼防砂，其具有独立层间结构和韧性材料，在发生变形损坏时仍能继续使用。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种滤砂装置，其满足渗透率高的同时滤砂效果更好，弥补现有滤砂装置的不足。

根据本发明，提供了一种滤砂装置，包括：

外过滤层，在所述外过滤层的外壁设置有多个凸起，在所述凸起的周向侧面设置有将所述外过滤层的内外连通的过滤孔，在所述外过滤层上喷涂疏水疏油涂料，所述疏水疏油涂料包括含氟苯丙乳液、颜填料和异氰酸酯基含氟预聚物；

设置在所述外过滤层内侧的中过滤层，所述中过滤层包括多个间隔式均匀分布的筛条，相邻所述筛条之间的间隙小于所述过滤孔的尺寸；

设置在所述中过滤层内侧的内过滤层，所述内过滤层的过滤尺寸小于所述中过滤层的过滤尺寸；

以及支撑层，所述支撑层设置在所述内过滤层的内侧，在所述支撑层上均匀设置有多个通孔，所述通孔的尺寸大于所述过滤孔的尺寸。

在一个优选的实施例中，所述外过滤层、所述中过滤层、所述内过滤层和所述支撑层均设置为圆筒形状，从外到内依次同轴套设。

在一个优选的实施例中，所述凸起的截面设置为梯形，所述凸起包括梯形底面、梯形顶面、两个对称设置的梯形腰面和两个对称设置的梯形侧面，所述梯形底面与所述外过滤层的外壁重合，与所述外过滤层的中心轴线平行的直线经过两所述梯形腰面，所述外过滤层的圆周线经过两所述梯形侧面。

在一个优选的实施例中，所述过滤孔设置在所述梯形侧面上。

在一个优选的实施例中，所述疏水疏油涂料包括30～40质量份含氟苯丙乳液、23～33质量份颜填料和13～23质量份异氰酸酯基含氟预聚物。

在一个优选的实施例中，在多个间隔式均匀分布的筛条的外部设置有固定圈，多个固定圈沿轴向均匀分布。

在一个优选的实施例中，在所述中过滤层的轴向两端设置有挡圈，所述挡圈的外径大于所述固定圈的外径，所述挡圈的外壁与所述外过滤层的内壁接触。

在一个优选的实施例中，相邻所述筛条之间的空隙的径向外侧为等距，相邻所述筛条之间的空隙的径向内侧从外到内逐渐增大。

在一个优选的实施例中，所述内过滤层包括树脂砂浆层。

在一个优选的实施例中，所述内过滤层包括土工布，所述土工布设置在所述树脂砂浆层的外侧。

与现有技术相比，本申请的优点如下。

本发明的外过滤层上设置有凸起，在凸起上设置有将外过滤层的内外连通的过滤孔，由于过滤孔设置在凸起的周向侧面，当外部的流体通过过滤孔进入外过滤层时，能够改变流体的流动方向，减轻了对过滤孔的破坏，也减少了流体对中过滤层的冲蚀，起到了保护中过滤层的作用，也使得被滤过的砂石自然滑落，不易阻塞过滤孔。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的滤砂装置的剖面示意图；

图2显示了图1中的A部分的放大示意图；

图3显示了根据本发明的外过滤层的一种实施例的示意图；

图4显示了根据本发明的中过滤层的一种实施例的示意图；

图5显示了根据本发明的中过滤层的截面示意图。

图中：1、外过滤层；11、凸起；111、梯形底面；112、梯形顶面；113、梯形腰面；114、梯形侧面；12、过滤孔；

2、中过滤层；21、筛条；211、矩形缝；212、梯形缝；22、固定圈；23、挡圈；

3、内过滤层；31、树脂砂浆层；32、土工布；

4、支撑层；41、通孔；5、端盖；

100、滤砂装置。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

需要说明的是，本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”等均是针对所参照的图1而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

图1显示了根据本发明的滤砂装置100的结构。如图1和图2所示，滤砂装置100包括从外到内依次设置的外过滤层1、中过滤层2、内过滤层3和支撑层4，外过滤层1、中过滤层2和内过滤层3起到过滤作用，并且过滤尺寸越来越小，支撑层4对外过滤层1、中过滤层2和内过滤层3起到支撑作用。

在本实施例中，外过滤层1、中过滤层2、内过滤层3和支撑层4设置为圆筒形状，从外到内依次同轴套设。根据本发明提供的滤砂装置100可以用于各种流体的过滤，在本实施中，滤砂装置100用于原油采收时的过滤。

进一步地，外过滤层1、中过滤层2和内过滤层3的轴向长度相等，支撑层4的轴向长度大于外过滤层1、中过滤层2和内过滤层3的轴向长度。在支撑层4的轴向两端部分别通过螺纹连接的方式设置有端盖5，端盖5与外过滤层1、中过滤层2和内过滤层3轴向抵接，从而使外过滤层1、中过滤层2和内过滤层3均与支撑层4固定连接。

如图1和图3所示，在外过滤层1的外壁设置有多个凸起11，在凸起11的周向侧面设置有将外过滤层1的内外连通的过滤孔12。

具体地，在外过滤层1的管体通过压制的方式向外压凸，凸出的部分即为凸起11。多个凸起11有规律的排列在外过滤层1的外壁上，如图3所示，多个凸起11沿轴向均匀分布，形成一列，多列凸起11沿圆周方向均匀分布，并且相邻两列凸起11之间错位分布。

凸起11可以设置为多种形状，在本实施例中，凸起11的截面设置为梯形，凸起11包括梯形底面111、梯形顶面112、两个对称设置的梯形腰面113和两个对称设置的梯形侧面114，梯形底面111与外过滤层1的外壁重合，与外过滤层1的中心轴线平行的直线经过两梯形腰面113，外过滤层1的圆周线经过两梯形侧面114。

过滤孔12设置在梯形侧面114上。如图3所示，本实施例在梯形侧面114上割开缝隙，该缝隙即为过滤孔12。液体从过滤孔12流过，并将砂石过滤。通过设计过滤孔12的尺寸，使大直径砂石被挡在管外，实现第一步滤砂。

本发明的过滤孔12设置在凸起11的梯形侧面114上，流体在流过外过滤层1时，改变了流动方向，能够降低流动速度，避免流体对过滤孔12的直接冲刷，减轻了对过滤孔12的破坏，也减少了流体对中过滤层2的冲蚀，起到了保护的作用。流体流动速度的降低也使得被滤过的砂石自然滑落，不易阻塞过滤孔12。本发明的外过滤层1采用钢板冲孔技术，无需焊接，结构简单加工方便，渗透率高，使用寿命长，且下井方便，可操作性高，凸起11的高度可以根据实际情况改变，调整凸起11的集中应力。

在一个优选的实施例中，在外过滤层1上喷涂疏水疏油涂料，疏水疏油涂料包括含氟苯丙乳液、颜填料和异氰酸酯基含氟预聚物。在材料表面喷涂疏水疏油涂料，使流体在经过外过滤层1时，避免管体表面粘附过多的原油和水，提高原油采油量，并且具有一定的防生锈功能，提高使用寿命。

具体地，疏水疏油涂料包括30～40质量份含氟苯丙乳液、23～33质量份颜填料和13～23质量份异氰酸酯基含氟预聚物。

在一个优选的实施例中，疏水疏油涂料的制备过程如下：首先将含氟苯丙乳液和颜填料以质量比1：0.8进行混合，然后将上述混合物与异氰酸酯基含氟预聚物以质量比3.5：1进行混合制得疏水疏油涂料。

含氟苯丙乳液作为涂料中的成膜物质，并且用硅烷对其改性，增加含氟苯丙乳液与纳米粒子的化学结合，增强其疏水性和附着力。异氰酸酯基含氟预聚物作为固化剂，增强涂层的疏水性。纳米氧化锌(ZnO)粒子和纳米二氧化硅(SiO₂)粒子作为颜填料构建纳米结构，达到涂层疏油效果，进而得到了自清洁疏水疏油的涂料。

中过滤层2包括多个间隔式均匀分布的筛条21，如图4所示，多个筛条21沿圆周方向均匀排列，相邻筛条21之间存在间隙，并且相邻筛条21之间的间隙小于过滤孔12的尺寸。

在多个间隔式均匀分布的筛条21的外部设置有固定圈22，通过固定圈22使各筛条21固定连接。进一步地，多个固定圈22沿轴向均匀分布，也就是说，沿中过滤层2的轴线方向均匀设置有多个固定圈22。

在一个具体的实施例中，固定圈22为钢圈，通过焊接的方式与各筛条21固定连接。

在一个优选的实施例中，在中过滤层2的轴向两端设置有挡圈23，挡圈23的外径大于固定圈22的外径，挡圈23的外壁与外过滤层1的内壁接触，使得中过滤层2的筛条21与外过滤层1之间存在环空，流入其中的液体能够在环空内流动，改变冲刷角度。通过这种设置，一方面起到缓冲作用，减弱液体对中过滤层2的冲击力；另一方面，液体中的砂石被挡后会落到下方，环形的空间为沉积的砂石提供落处。

在一个优选的实施例中，相邻筛条21之间的空隙的径向外侧为等距，相邻筛条21之间的空隙的径向内侧从外到内逐渐增大。

具体地，如图5所示，筛条21的外侧设置为矩形，筛条21的内侧设置为向内逐渐减小的梯形。在这种设置下，相邻筛条21之间的空隙外侧为矩形缝211，内侧为梯形缝212。本发明采用组合缝的方式，外侧为矩形缝211，内侧为梯形缝212，且呈扩散状，既能耐流砂的磨蚀损坏，又有利于保持缝隙清洁，不产生砂堵。

本实施例的这种筛条21易于加工，且使用寿命相对较长，原油渗透率高且能有效挡砂，并有自洁功能不易砂堵。

内过滤层3的过滤尺寸小于中过滤层2的过滤尺寸，也就是说，内过滤层3的过滤尺寸小于相邻筛条21之间的缝隙的宽度。

具体地，内过滤层3包括为土工布32和树脂砂浆层31，土工布32设置在树脂砂浆层31的外侧，或者土工布32包裹在树脂砂浆层31的表面。经过外过滤层1和中过滤层2的过滤，液体中存在的砂石直径更加细小，内过滤层3的土工布32和树脂砂浆层31能够提供更大的滤过面积以及更小的缝隙来实现最终的过滤功能。

土工布32为编织网结构，其缝隙尺寸可设计范围很广，可以实现过滤细砂的功能，并且过滤面积大，液体渗透率高。土工布32质地柔软，可以包裹树脂砂浆层31，减缓原油的冲击，保护树脂砂浆层31。

内过滤层3为最终过滤层，过滤目标是抵挡住最细小的砂石，精度要求高，且液体能够渗透，同时兼具环保无污染，价格实惠等的特点。

树脂砂浆层31由环氧树脂加石英砂混合而成，具有高粘度。具体地，在本实施例中，环氧树脂采用灌浆料LD-007，这种材料为现有技术，包括树脂、硬化剂、填料三组份，该产品采用优质树脂与精制填料，100%固含量，不含溶剂等挥发性有害物质。常温下将每组材料中三组份完全混合后即可使用，不需要再添加其他化学材料。

树脂砂浆层31具有如下优点：灌浆成型后无收缩，确保高精确度的安装需要；耐腐蚀性强，可以和酸、碱、盐、油脂等化学品长期接触腐蚀；具有很好的粘合性，尤其是对金属；耐高温、电绝缘性能好，热变形温度较高；良好的防水性能，在室温下，其吸水性小于0.5%，通过30天的高温处理，其强度下降小于10%。树脂砂浆层31抗压强度>105MPa，抗拉强度≥7MPa，吸水率≤0.5%，适用温度-50~150℃，受压弹性模量18GPa。

树脂砂浆层31具有很高的过滤精度，且质量轻、强度高，其具有耐高温高压和耐腐蚀的性能，有效提升滤砂装置100的整体结构强度和可靠性，延长了管体的使用寿命，且树脂砂浆层31有亲水疏油的性能，可有效解决现有结构中砂粒堵塞造成的防砂失效问题，具有自清洁功效，具有较高的渗透率。树脂砂浆层31防腐蚀性能好，使用时间长，并且环保，后期打捞处理时可以原地破损，不产生任何有害物质污染环境。

区别于土工布32和树脂砂浆层31组成的内过滤层3，在另一个实施例中，内过滤层3包括钢丝编织网（图中未示出）和土工布32，钢丝编织网是由金属丝相互交叉织成的网孔筛面，其孔隙可以调整尺寸，调整到滤过细小砂石尺寸大小的时候，制作难度大，不易制成，且质地柔软容易变形，所以将钢丝编织网多层缠绕，形成一定厚度的筛管，孔隙也变得更加密致细小，可以实现挡住细小砂石。经过这样调整，可实现滤过细小颗粒的砂石，而且硬度有所提高，但相对精度较低，在缠绕过程中仍可能出现大网孔，使得较大直径的砂石未被滤过，在长期的使用过程中网孔可能变形，缝隙也容易造成砂堵。

支撑层4设置在内过滤层3的内侧，在支撑层4上均匀设置有多个通孔41，通孔41的尺寸大于过滤孔12的尺寸。

经过内过滤层3过滤之后，液体中的含砂量已经极低，所以支撑层4不具有滤砂功能，需要考虑流液通过量。支撑层4的通孔41为圆形孔，相比于其他形状，圆形面积最大，所以在作为流液孔时能够以最大速度和最大流量运输原油。通孔41均匀分布，能很均匀分散物质，提高渗透率，并且管体均匀受力，减少集中应力肯可能会造成的破损。因支撑层4无滤过功能，表面通孔41均匀分布，所以便于加工，成本不高。

在地层中，粗砂的细度模数为3.7-3.1，平均粒径为0.5mm以上；中砂的细度模数为3.0-2.3，平均粒径为0.5-0.35mm；细砂的细度模数为2.2-1.6，平均粒径为0.35-0.25mm；特细砂的细度模数为1.5-0.7，平均粒径为0.25mm以下。因此设计外过滤层1的过滤孔12的缝隙为0.5mm，实现第一步过滤>0.5mm的粗砂；中过滤层2的相邻筛条21的缝隙宽度为0.35mm，过滤直径在0.35mm-0.5mm之间的砂砾；内过滤层3的树脂砂浆层31固结之后的空隙极小，可过滤细砂及特细砂。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滤砂装置，其特征在于，包括：

外过滤层（1），在所述外过滤层（1）的外壁设置有多个凸起（11），在所述凸起（11）的周向侧面设置有将所述外过滤层（1）的内外连通的过滤孔（12），在所述外过滤层（1）上喷涂疏水疏油涂料，所述疏水疏油涂料包括含氟苯丙乳液、颜填料和异氰酸酯基含氟预聚物；

设置在所述外过滤层（1）内侧的中过滤层（2），所述中过滤层（2）包括多个间隔式均匀分布的筛条（21），相邻所述筛条（21）之间的间隙小于所述过滤孔（12）的尺寸；

设置在所述中过滤层（2）内侧的内过滤层（3），所述内过滤层（3）的过滤尺寸小于所述中过滤层（2）的过滤尺寸；

以及支撑层（4），所述支撑层（4）设置在所述内过滤层（3）的内侧，在所述支撑层（4）上均匀设置有多个通孔（41），所述通孔（41）的尺寸大于所述过滤孔（12）的尺寸。

2.根据权利要求1所述的滤砂装置，其特征在于，所述外过滤层（1）、所述中过滤层（2）、所述内过滤层（3）和所述支撑层（4）均设置为圆筒形状，从外到内依次同轴套设。

3.根据权利要求2所述的滤砂装置，其特征在于，所述凸起（11）的截面设置为梯形，所述凸起（11）包括梯形底面（111）、梯形顶面（112）、两个对称设置的梯形腰面（113）和两个对称设置的梯形侧面（114），所述梯形底面（111）与所述外过滤层（1）的外壁重合，与所述外过滤层（1）的中心轴线平行的直线经过两所述梯形腰面（113），所述外过滤层（1）的圆周线经过两所述梯形侧面（114）。

4.根据权利要求3所述的滤砂装置，其特征在于，所述过滤孔（12）设置在所述梯形侧面（114）上。

5.根据权利要求1所述的滤砂装置，其特征在于，所述疏水疏油涂料包括30～40质量份含氟苯丙乳液、23～33质量份颜填料和13～23质量份异氰酸酯基含氟预聚物。

6.根据权利要求2所述的滤砂装置，其特征在于，在多个间隔式均匀分布的筛条（21）的外部设置有固定圈（22），多个固定圈（22）沿轴向均匀分布。

7.根据权利要求6所述的滤砂装置，其特征在于，在所述中过滤层（2）的轴向两端设置有挡圈（23），所述挡圈（23）的外径大于所述固定圈（22）的外径，所述挡圈（23）的外壁与所述外过滤层（1）的内壁接触。

8.根据权利要求1所述的滤砂装置，其特征在于，相邻所述筛条（21）之间的空隙的径向外侧为等距，相邻所述筛条之间的空隙的径向内侧从外到内逐渐增大。

9.根据权利要求1所述的滤砂装置，其特征在于，所述内过滤层（3）包括树脂砂浆层（31）。

10.根据权利要求9所述的滤砂装置，其特征在于，所述内过滤层（3）包括土工布，所述土工布设置在所述树脂砂浆层（31）的外侧。