CN1171484A - 金属纤维防砂过滤器 - Google Patents

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Abstract

一种金属纤维防砂过滤器,适用于工业规模石油开采中井下油砂分离过程,它包括基管、管孔和过滤元件,特点所述过滤元件是用纤维冶金方法制取的金属纤维多孔块体,它的平均孔径可在50～200微米范围内调控,过滤元件置于基管管孔内,外面加一钢环,钢环与基管焊为一体,以更好的固定过滤元件,该金属纤维过滤元件制造工艺为:金属纤维制取一剪切—清洗—退火—制毡—模压—烧结—机械整型,本发明具有滤砂精度高,耐高温,强度高等优点。

Description

金属纤维防砂过滤器
本发明属于纤维冶金多孔过滤材料防砂装置，主要应用于工业规模石油开采中井下油砂分离过程。
目前国内外虽有各种配套的机械油砂分离方法，但实际应用较多的是割缝筛管防砂、砾石填充防砂及金属丝棉防砂，然而，上述防砂方法在实际应用中各自显现出一些致命弱点：割缝绕丝结构过滤精度差，在下井及调层过程中易于损伤断丝，导致整体失效且成本过高；砾石填充和金属丝棉筛本身不是整体结构，因此强度低，易脱落，过滤精度无法保证.失效后无法再生等。例如ZL94228501.8所述的油砂分离器其金属丝棉过滤筛本身就不是一整体结构，过滤精度无法保证。
本发明的目的在于提供一种过滤精度高，渗透性强，强度高，不脱落，可扩大渗流面积的金属纤维防砂过滤器及制造方法。
基于上述目的，本发明金属防砂过滤器，包括基管、基管上均匀分布的管孔，和过滤元件，其特点在于将相同形状过盈配合的金属纤维过滤元件压装在基管管壁上的若干个管孔内，在过滤元件的外面将一钢环装在所述的管孔内，钢环的边缘与基管焊为一体，所述的过滤元件是纤维冶金方法制取的金属多孔块体，该金属纤维过滤元件的平均孔径可根据过滤精度要求在50～200微米范围内调控，金属纤维过滤元件的形状可以是板条状，园片状或园柱状，金属纤维过滤元件的材质可选用不锈钢、铁或碳钢、铜或镍等，选用金属纤维的直径为50～800微米，长度为3～20毫米。
本发明金属纤维防砂过滤器，采用纤维冶金工艺制取金属纤维过滤元件，然后把金属纤维过滤元件与抽油基管有机组合，成为石油开采中广为应用的防砂过滤器，金属纤维过滤元件的制造工艺流程是：金属纤维制取——剪切——过筛清洗——退火——混合制毡——模压——真空烧结——机械整型——成品，其具体步骤如下：
(1)金属纤维制取：一般采用拉拔法，挤压法或其它机械方法制取金属纤维，材质可为不锈钢、铁或碳钢、铜、镍等，直径Φ50～800微米。随着直径由小到大变化、过滤材料的孔径和渗透性也逐级增。
(2)剪切：机械方法剪切，纤维长度3～20毫米；在其它条件不变的情况下，纤维愈长；其渗透性能愈好。
(3)过筛和清洗：通过40目～60目振动筛，筛除细碎金属氧化物及其它杂质，并经汽油或其它有机溶剂进行超声波清洗，主要清除油污。清洗后真空烘干；
(4)退火：经过600～1000℃氢气或真空退火2小时，消除金属纤维加工硬化及表面氧化物及其它夹杂；
(5)混料制毡：在溶液中经过充分混合及沉降制毡，使之易于成型；
(6)模压成型：模压设备——压力机的先进性主要表现在生产效率、刚性、工艺性能、机械化自动化程度方面。本发明采用高效自动压机模压成型，成型压力为0.5吨/厘米2～5吨/厘米2；
(7)真空烧结：在真空条件下进行烧结，不锈钢纤维烧结温度1200℃～1390℃铁或碳钢纤维烧结温度1100℃～1350℃。真空度为10-1～10-5mmHg柱，烧结后的制品成为完全冶金结合的多孔体。
(8)机械整型：制品在精密模具中进行二次冲压，使成品的几何形状更加规范。
把上述制做好的金属纤维过滤元件与基管装配如下：首先在基管上均匀打若干个通孔，通孔底部留一凸台，孔形可为园形，椭园型或板条形，然后将相同形状过盈配合的金属纤维过滤块压装在基管的若干个管孔内，在过滤元件的外面将一钢环装入所述的管孔内，使钢环的边缘与基管焊接在一起，使其成为一个整体，整个基管的管孔可以根据金属纤维过滤元件的形状、尺寸来变化，因此整支基管的渗流面积可根据金属纤维过滤体的在大小，形状、排列方式来予以调控。
本发明过滤器的技术性能经实测，以金属纤维采用不锈钢为例。金属纤维过滤元件的相对渗透系数K＝1×10-2～1×10-5升/分.Pacm2，孔隙度40～60％，抗拉强度为5～20公斤/毫米2，可承受最高工作温度：500～550℃，实际工作温度：350℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)过滤器是一整体结构，即基管与金属纤维过滤元件有机组合为一体，滤砂精度高，可根据砂层砂粒粒度变化，相应设计出即可保证防砂，又能达到最大渗透性能的防砂过滤器。
(2)真空烧结纤维制品，经过高温度处理后，过滤元件成为完全冶金结合的多孔体，因此强度高，不脱落，耐高温(工作温度500～550℃)，渗流面积可比类似结构筛管大1/5～1倍。
(3)由于具有(1)(2)所述优点，从而减轻了采油防砂后调层及失效后油井大修的困难。
(4)本发明可使大通径砂管柱的设计成为现实。解决了其它防砂方法筛管内冲砂困难和砂管柱时常被卡断的危险。
(5)大通径防砂管柱也为油井投产一段时间后过滤元件堵塞，产能下降时解堵创造了条件，从而保证了防砂后油井保持较高的生产能力和较长的有效期。
(6)通过现场作业实践，本发明所提供的防砂技术施工简便、工期短、成功率高、减轻了作业人员的劳动强度，同时大大降低了成本。
(7)适用范围广，可用于各种油、水直井，也可用于斜井、水平井、侧钻井。对常规开采井，蒸汽吞吐井，汽驱并等亦均可胜任。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
图1为本发明金属纤维防砂过滤器的结构示意图。
图2为本发明金属纤维过防砂过滤器图1中A-A剖面示意图。
图3为本发明金属纤维过滤元件示意图
图4为钢环。
图1、图2中1为基管，2为金属纤维过滤元件，3为钢环，4为钢环与基管的焊点。
实施例
采用本发明工艺制取三批不锈钢金属纤维过滤元件(外径Φ＝20毫米，高h≥7毫米)工艺制度及力学性能如下：
  批号  纤维直径(微米)  纤维长度(毫米)  成形压力(吨/厘米2)   烧结温度(℃) 抗拉强度公斤/毫米2   孔隙度％
1 110 3 0.5 1290 7 60
   2     540     5     0.8     1320     9     50
   3     790  10～20     1.5     1350     14     40
 把上述三批金属纤维过滤元件与基管按附图1所示配装。配装后的使用性能
 批号 渗透系数K(升/分cm2Pa) 平均孔径(微米)   过滤精度(微米) 抗量大压差(Pa)    温度℃ 挡沙能力(mm)
  1  7×10-4     13.7     35     10     350   ≥35
  2  8×10-3     83.5     114.1     10     350   ≥100
  3  1×10-2     102.9     134.0     10     350   ≥130

Claims (7)

1、一种金属纤维防砂过滤器，包括基管、基管上均匀分布的管孔和过滤元件，其特征在于将相同形状过盈配合的金属纤维过滤元件压装在基管管壁上的若干个管孔内，在过滤块的外面将一钢环装在所述的管孔内，钢环的边缘与基管焊为一体，所述的过滤元件是用纤维冶金方法制取的金属多孔块体，该金属纤维过滤元件的平均孔径可根据需要在50～200微米的范围内调控。
2、根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于所述的金属纤维是不锈钢。
3、根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于所述的金属纤维是铁或碳钢。
4、根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于所述的金属纤维是铜或镍。
5、根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于所述的金属纤维的直径为50～800微米，长度为3～20毫米。
6、根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于金属纤维过滤元件的形状可以是板条状，园片状或园柱状。
7.根据权利要求1所述的金属纤维防砂过滤器的制造方法，包括基管和管孔的制备，金属纤维过滤元件的制备，金属纤维过滤元件与基管的装配，其特征在于：金属纤维过滤元件的制造工艺流程是金属纤维制取——剪切——过筛清洗——退火——混合制毡——模压——真空烧结——机械整型——成品，其具体步骤如下：
(1)金属纤维制取：采用拉拔法，挤压法或其它机械方法制取金属纤维，材质可为不锈钢、铁或碳钢、铜、镍等，直径Φ50～800微米。
(2)剪切：用机械方法把金属纤维剪切为长度3～20毫米；
(3)过筛和清洗：通过40目～60目振动筛，筛除细碎金属氧化物及其它杂质，并经汽油或其它有机溶剂进行超声波清洗，清洗后真空烘干；
(4)退火：经过600～1000℃氢气或真空退火2小时，消除金属纤维加工硬化及表面氧化物及其它夹杂；
(5)混料制毡：在溶液中经过充分混合沉降制毡，使之易于成型；
(6)模压成型：采用自动压机模压成型，成型压力为0.5吨/厘米2～5吨/厘米2；
(7)真空烧结：在真空条件下烧结，真空度为10-1～10-5mmHg柱，其中采用不锈钢纤维烧结温度为1200℃～1390℃，铁或碳钢纤维烧结温度为1100～1350℃，烧结后的制品成为完全冶金结合的多孔体；
(8)机械整型：制品在精密模具中进行二次冲压，使成品的几何形状更加规范。
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