CN207974804U - 螺旋梯形缝大流量精密防砂筛管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种油气井防砂用螺旋梯形缝大流量精密防砂筛管。其结构是由基管、螺旋梯形缝筛管、螺旋焊接复合孔管三件套合组成，基管为管壁为打圆孔的油管，螺旋梯形缝筛管作为过滤层，用间隙均匀、密排的梯形螺旋纬丝螺旋焊接在一组与之垂直的螺旋径丝上，各相邻梯形螺旋纬丝之间形成外窄内宽的螺旋过滤缝隙；螺旋焊接复合孔管作为保护套，其流通孔道为复合孔，形成径向、侧向通道的立体结构；螺旋梯形缝筛管与螺旋焊接复合孔管的螺旋方向分别为左、右螺旋。本实用新型解决了目前各种防砂管存在的问题，具有力学性能优异、防砂的粒径能精确控制、流通面积大、反冲洗性能好、耐腐蚀、使用寿命长、性价比高的特点，通用于各种井况的完井防砂。

Description

螺旋梯形缝大流量精密防砂筛管

技术领域

本实用新型涉及油气井完井领域中的防砂用具，具体地说是一种防砂筛管。

背景技术

目前油气井普遍采用的防砂管形式有割缝筛管、绕丝筛管、金属棉筛管、金属丝网编织优质筛管和DSS动态自洁防砂筛管等，这些产品因结构问题而不能很好的满足油气井高产、稳产的需要。其问题大致分为：

1、割缝筛管存在的问题

结构：在基管（油管）上直接割缝，基管既是结构元件又是过滤元件。

（1）激光切割的缝隙都大于0.25mm，只适用于粗大粒径砂的防砂；

（2）在基管（油管）本体上割缝，使基管的抗拉、抗压、抗弯曲、抗扭转、抗挤毁等机械性能大为削弱，降低了防砂管的安全系数；

（3）因割缝筛管的安全性限制，筛管的流通面积很小（开孔率一般只有1%左右）从而限制了油气井产量；

（4）基管为合金结构钢，割缝缝隙受油气水多相流体及其携带的细砂颗粒的冲刷磨蚀和所含H₂S、CO₂ 、Cl^-的化学腐蚀，宽度将逐渐变大而造成砂粒的过滤精度越来越差，以致防砂失效。

2、绕丝筛管存在的问题

结构：由基管、筛管、保护套三件套合组成。基管为结构件，其上打圆形孔使油气介质流入。筛管为过滤元件，由一根纬丝螺旋绕焊在一组沿圆周均布的径丝上形成一定尺寸的连续缝隙。外护套为打圆孔的直缝焊管或螺旋焊管。

（1）筛管容易损坏

筛管的结构类似拉伸/压缩弹簧，其抗拉、抗压、抗扭转、抗弯曲等各项机械性能都非常弱，在管柱进行各种作业时有拉升、顿压、正反扭转等动作，尤其在解卡和过狗腿、水平井弯曲半径段以及盐膏层（油管位移和变形）时筛管容易发生焊点拉裂、钢丝破断，甚至发生筛管解体、钢丝散乱难以打捞的恶性事故。

（2）保护套容易损坏

保护套用1.2mm-1.5mm薄钢板或钢带平面冲圆孔的结构，抗拉、抗压强度低。防砂管在下井时与套管或井壁发生挤压、碰撞、剐蹭，保护套很容易发生挤皱和开裂损坏，随之伤及内部过滤层。油井在注水、注汽作业时防砂管处于反冲洗状态，当过滤层内部存在严重砂堵时过滤层受内压向外膨胀、而外保护套排砂堵不通畅，就会导致保护套和内部过滤层爆破。

（3）过滤通道面积小

防砂管实际过流通道面积为过滤层开孔面积与保护套遮蔽面积之差。一般筛管的过滤面积可达6%，而冲圆孔的保护套开孔率为32%也即同时有68%的过滤层过滤面积被保护套遮蔽了，为此大幅减少了防砂管实际流通面积（只有2%），严重影响了油气井的产能。

3、金属棉筛管

结构：镶嵌式金属棉筛管是在基管本体上开圆形镶嵌孔，用筛孔钢片将金属棉压入在孔中。整体包扎式金属棉筛管是在基管本体上包裹金属棉过滤层，再套装保护套。金属棉（steel wool）纤维丝细达4μm,自然状态类似蓬松的棉花状。

（1）镶嵌式金属棉筛管较大的削弱了防砂管的机械性能，而且其总体流通面积很小（实际开孔率小于2%），且过滤元件结构复杂难于制作。

（2）金属棉过滤材料在各种作业措施时因弹性变形、位移（蠕动）而发生材料空隙（过流通道）形状、尺寸的变形和变化导致防砂的粒径不能精确控制。

（3）金属棉筛管纳污容量小，地层出砂很快会堵塞金属棉过滤层内部空隙而使流通量大幅下降。为此，在疏松砂岩油气藏中金属棉筛管必须与砾石充填等防砂措施配套使用才能发挥其防砂性能。

（4）在油井注水、注汽作业时，因金属棉过滤层内部金属棉堵塞严重而不能正常反冲洗，为此常有防砂管爆破事故发生。

4、金属丝网编织优质筛管

结构：由基管、过滤层、保护套组成。基管为开圆孔的油管作结构件，过滤层一般用3-5层不锈钢编织丝网逐层包裹、直缝焊接成型，过滤控制层常为1-2层100目左右的席型网，其余为网孔较大的方孔网。

（1）过滤层为编织丝网逐层包裹、逐层焊接，多层编织丝网层间无法消除间隙，地层砂侵入而堵塞间隙通道后，筛管达不到表面过滤的理想性能，实际生产中开孔率大幅下降甚至造成油井无产能。为此，在疏松砂岩油气藏中金属丝网编织优质筛管必须与砾石充填等防砂措施配套使用才能发挥其防砂性能。

（2）在油井注水、注汽作业时，因金属丝网编织过滤层内部堵塞严重而不能正常反冲洗，为此常有防砂管爆破事故发生。

（3）过滤控制层席型网的经纬丝直径为0.2mm/0.1mm，丝网包扎焊接时常用搭接电阻焊，很容易发生焊接缺陷，当防砂管发生内部堵塞（局部）和油井注水、注汽作业（尤其是吞吐作业）时焊缝（细钢丝焊点）被拉断并致使丝网发生（局部）位移而造成防砂失效。

（4）因过滤控制层丝网的丝径细小，耐冲刷和化学腐蚀的裕量少因而使用寿命短（少于5年），一旦控制层丝网发生破裂，整个油气井防砂就失效。

（5）一般过滤控制层的初始流通面积可达18%，而冲圆孔的保护套开孔率为32%即遮蔽了过滤层过滤面积的68%，为此造成了防砂管实际流通面积的大幅减少（只有6%），严重影响了油气井的产能。

5、DSS动态自洁防砂筛管

结构：由基管、过滤层、保护套组成。开圆孔的油管为基管作结构件，过滤层一般用7层弯曲成小波浪的细不锈钢丝（丝径0.10mm-0.15mm）自然平铺后逐层左、右螺旋包扎在基管上。保护套一般为冲圆孔的焊接管。

（1）防砂的粒径不能精确控制，并且往往出砂粒径过大而超标，防砂效果差。

（2）改进型的DSS动态自洁防砂筛管是在细不锈钢丝层间夹装1-2层100目的席型网以控制过滤精度。但同时也削弱了动态自洁的性能、使过滤层材料内部发生砂堵而减少了油气井产能。

发明内容

鉴于上述当前各种防砂管结构存在的问题，本实用新型旨在提供一种油气井防砂用螺旋梯形缝大流量精密防砂筛管，为解决各种地质条件下的油气井提供防砂技术保障，在精确控制防砂粒径的基础上保证油气井长期稳定高产。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种油气井完井防砂用螺旋梯形缝大流量精密防砂筛管。其结构是由基管、螺旋梯形缝筛管、螺旋焊接复合孔管三件套合组成，基管套于螺旋梯形缝筛管内，螺旋梯形缝筛管套于螺旋焊接复合孔管内，基管为管壁为打圆孔的油管，螺旋梯形缝筛管作为过滤层，用间隙均匀、密排的梯形螺旋纬丝螺旋焊接在一组与之垂直的螺旋径丝上，各相邻梯形螺旋纬丝之间形成外窄内宽的螺旋过滤缝隙；螺旋焊接复合孔管作为保护套，其流通孔道为复合孔，即为既有径向通道，又有侧向通道的立体结构；螺旋梯形缝筛管与螺旋焊接复合孔管的螺旋方向分别为左、右螺旋。

本实用新型的优点：

1、防砂管力学性能优异

（1）打圆孔的基管在保证油气流通面积的前提下，最大限度的保留了油管的力学性能；

（2）过滤层螺旋梯形缝筛管的所有梯形丝既组成缝隙通道又作为结构件，因其数量大（如常用的3.5”防砂管，各横截面上沿圆周均布的梯形螺旋纬丝的数量可达280根）而大大增强了过滤层的力学性能和安全性；

（3）螺旋焊接复合孔管作为保护套，其立体开孔双层结构具有最大的抗压强度、刚度和弹性，能适应防砂管在各种作业措施时与井筒或套管内壁发生侧向剐蹭、撞击、挤压，并且其特殊的弹性结构吸收（阻隔）了剐蹭、撞击、挤压的能量向内部传递，从而保护了内部过滤层不被损坏。

（4）螺旋梯形缝筛管与螺旋焊接复合孔管的螺旋方向（左、右）相反，使得两者组装后各接触点均布且在各方向上受力均匀。提高了整体防砂管的安全性。

2、防砂的粒径能精确控制

螺旋梯形缝用专用设备机械化绕丝焊接成形，尺寸精密、均匀，所以防砂的粒径能精确控制。且缝隙宽度从0.05mm-3mm均可制作，覆盖了所有油气井防砂粒度的范围。

3、流通面积大

（1）如按防砂粒度0.08mm、0.1mm和0.2mm要求，采用1.0mm宽螺旋梯形丝（螺旋纬丝），开孔率分别为7.4%、9.1%和16.7%。因筛缝不会产生内部堵塞而影响流通量，从而保证了油气井长期稳定高产；

（2）螺旋焊接复合孔管保护套具有正向和侧向过滤通道，特殊设计的立体开孔结构其开孔率可达56.6%以上，相应的对过滤层外表面的遮蔽则降低到43.4%以下，与其他形式的防砂管相比，本实用新型大幅增加了过滤层的过流面积，可使油气井产能发挥到最大化。

4、反冲洗性能好

（1）螺旋梯形缝筛管缝隙为外窄、内宽的通道，在注水、注汽作业时很容易将筛管表面的滤饼砂冲掉而完全恢复筛管的过滤性能。因此也避免了因通道堵塞而发生爆破的可能性；

（2）螺旋焊接复合孔管保护套过流通道为内外一致或外宽内窄立体空间，当油井在注水、注汽作业（反冲洗）时保护套与过滤层间的滤饼得以完全脱落而恢复过滤性能。因流道始终保持通畅，无任何额外的过流阻力，为此不会造成防砂管实际流通面积的减少而影响油气井的产能。

5、一体性好

所有的螺旋梯形丝（螺旋纬丝）与螺旋径丝通过螺旋焊缝采用全熔透氩弧焊方式连续焊成一体，保证每一根梯形丝都不会发生焊点开裂。防砂管的一体性好，在使用过程中不会发生丝条脱落和解体散乱的事故。

6、耐腐蚀

螺旋梯形缝筛管与螺旋焊接复合孔管用304L、304、316L不锈钢材料制造，防止产品在使用过程中发生腐蚀损坏。

7、使用寿命长

过滤层螺旋梯形缝筛管过滤筛条用尺寸1×2mm的不锈钢梯形丝制造，相比于4μm纤维制造的金属棉优质筛管和经纬丝直径0.2mm/0.1mm制造的金属丝网编织优质筛管、DSS动态自洁防砂筛管，本实用新型选择的材料有更多的腐蚀裕量，使用寿命更长的特点。

8、性价比高

本实用新型结构简单、所有原材料容易采购，各工序制造工艺成熟、采用卡尺和塞尺等常规工具检验，质量容易保证，并没有技术上的风险，因此具有极高的性价比。

综上，本实用新型螺旋梯形缝大流量精密防砂筛管从结构上很好的解决了目前各种防砂管存在的各种问题，可以通用于各种地质条件和井况的完井防砂，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1 为本实用新型螺旋梯形缝大流量精密防砂筛管示意图。

图中：1基管 2螺旋梯形缝筛管 3螺旋焊接复合孔管 4梯形螺旋纬丝 5螺旋径丝

具体实施例

如图1所示，一种油气井防砂用螺旋梯形缝大流量精密防砂筛管，是由基管1、螺旋梯形缝筛管2和螺旋焊接复合孔管3三件套合组成。基管1套于螺旋梯形缝筛管2内，螺旋梯形缝筛管2套于螺旋焊接复合孔管3内，螺旋梯形缝筛管2与螺旋焊接复合孔管3采用304L、304、316L不锈钢材料。基管1管壁为打圆孔的油管1，圆孔的尺寸和分布按油气产量和强度计算优化设计；螺旋梯形缝筛管2作为过滤层，用7000-10000根间隙均匀、密排的梯形螺旋纬丝4螺旋焊接在一组与之垂直的螺旋径丝5上，各相邻梯形螺旋纬丝之间形成外窄内宽的螺旋过滤缝隙，既满足了精密控砂粒径又防止了流道砂堵。该结构具有表面过滤特性，满足了大流量稳定生产的需要。过滤缝隙为0.08mm，焊缝须全熔透且不得有漏焊、气孔、夹渣等缺陷。保护套为螺旋焊接复合孔管3，其流通孔道为复合孔，既有径向通道又有侧向通道的立体结构，为此保护套本身的力学性能和对螺旋梯形缝筛管过滤层的保护作用大为加强，同时增加了保护套的开孔率而使防砂管的实际过流面积大幅增加从而实现了油气井的高产，其立体通道还解决了油井注水、注气时使滤饼砂完全脱落的问题，彻底消除了该作业措施时防砂管发生爆破事故的隐患。螺旋梯形缝筛管2与螺旋焊接复合孔管3的螺旋方向相反，螺旋梯形缝筛管2螺旋向左，螺旋焊接复合孔管3的螺旋向右。使得螺旋梯形缝筛管2和螺旋焊接复合孔管3组装后各接触点均布且在各方向上受力均匀，提高了防砂管的整体安全性。

为了清楚描述技术方案，本实用新型以油气井最常用的3.5”防砂管为例。基管1、螺旋梯形缝筛管2和螺旋焊接复合孔管3各项技术指标如下所示：

1、基管API 5CT PSL1

外径mm 88.9

壁厚mm 6.45

长度m 9.76

打圆孔直径mm 10（螺旋均布）

开孔率% 6.37

2、螺旋梯形缝筛管

内径/外径mm 89.9/98.3

长度mm 3850 （2件）

螺旋筛缝宽mm 0.08

梯形丝尺寸mm 1×2

梯形丝数量（根） 2×7300

螺旋径丝尺寸mm 2×2.2

螺旋径丝数量（根） 2×32

缝隙开孔率% 7.4

螺旋方向 右旋

材料 304L

3、螺旋焊接复合孔管

外径mm φ106.4

内径mm φ99.1

长度mm 3850 （2件）

材料厚度mm 1.2

螺旋方向 左旋

复合孔侧向孔mm 1.25×12.7

复合孔正向开孔mm 2×12.7

开孔率% 56.6%

材料 304L。

Claims (1)

1.一种油气井完井防砂用螺旋梯形缝大流量精密防砂筛管，是由基管（1）、螺旋梯形缝筛管（2）、螺旋焊接复合孔管（3）三件套合组成，基管（1）套于螺旋梯形缝筛管（2）内，螺旋梯形缝筛管（2）套于螺旋焊接复合孔管（3）内，其特征是：基管（1）为管表面为打圆孔的油管，螺旋梯形缝筛管（2）作为过滤层，用间隙均匀、密排的梯形螺旋纬丝（4）螺旋焊接在一组与之垂直的螺旋径丝（5）上，各相邻梯形螺旋纬丝之间形成外窄内宽的螺旋过滤缝隙；螺旋焊接复合孔管作为保护套，其流通孔道为复合孔，即为既有径向通道，又有侧向通道的立体结构；螺旋梯形缝筛管（2）与螺旋焊接复合孔管（3）的螺旋方向分别为左、右螺旋。