适用于稠油热采井的预充填防砂筛管的制作方法

本实用新型涉及石油开采过程中的防砂技术领域，具体涉及采油防砂中的割缝筛管，尤其是一种适用于稠油热采井的预充填防砂筛管。

背景技术：

我国有着丰富的稠油资源，目前，我国稠油油藏主要采取蒸汽吞吐、蒸汽驱等热采方式。随着热采井吞吐轮次的增加，油井出砂日益严重，治理难度不断加大，有些油井甚至被迫停产，如何有效地治理稠油热采油井出砂已成为改善区块开发的关键，尤其是对疏松的砂岩油藏而言更为重要。采用割缝筛管作为防砂工具的机械防砂技术是目前国内外油田较为常应用的一种防砂技术，并在实际生产中取得了较好的效果。但是，在稠油热采油井中割缝筛管的工况恶劣，除了承受油层处的各种机械作用力外，还需承受高温蒸汽所引起的热应力，在各种力的综合作用下，可能会使割缝筛管产生屈服变形；尤其是水平井，在割缝筛管内难以施加预拉应力，并且还有弯曲应力以及热应力的存在，筛管割缝处受力变形的可能性很大。割缝变形后，则难以维持原有的防砂效果。

传统的割缝式筛管，由最早的单一形状割缝到复合型割缝,碳钢到不锈钢，再由单层结构向后来的双层、三层的进化，但这均未彻底的解决因筛管变形、腐蚀速度快等问题而导致的防砂有效期缩短，油井检泵频繁，采油效率降低等问题。因此，提供一种能克服上述筛管对稠油热采井(生产井、注汽井)存在的不足之处的防砂筛管是当前稠油热采井防砂技术领域亟待解决的问题。

美国专利US5909773A公开了一种油井中的过滤装置，这种过滤装置主要使用金属粉末烧结而成的金属微孔材料(即金属烧结微孔材料或烧结微孔金属)或金属纤维，其中烧结微孔金属是直接将金属粉末经过压制烧结等过程产生的带有孔隙的金属件。由于金属微孔材料或金属纤维主要起到二维过滤作用，液体透过性能较差。

以金属微孔材料作为过滤层为例，如图1所示，金属微孔材料形成的过滤层中包含多个微孔单元E，微孔单元E的侧壁为金属，阻止液体流出，微孔单元E的两端为孔的进出通道，液体从微孔的一端流进，从另一端流出，即从B方向流进，从C方向流出，对于一个微孔E来说，液体流进和流出的方向是有限的，只有一个方向，对于由金属微孔材料形成的整个过滤层来说，各个微孔的排布方向是规则的，液体流进和流出的方向也是规则的，即是直线的、二维的、单一的流动方向。

即使是各微孔的排布是杂乱无章的，液体流进和流出的方向也是二维的、单一的流动方向，只不过路线更为曲折的，液体透过性能更差。由于液体流进和流出的方向是二维的、单一的流动方向，液体的流动受限，影响了液体的透过性和流动性。对于金属纤维作的过滤层来说，金属纤维的线性、方向性更为明显，液体流进和流出的方向更是二维的、单一的。所以，目前，金属材料制成的过滤层的透过性能较差。

另外，该美国专利采用直角金属网(单个网格为矩形连接而成的金属网)作为导流网，这种直角金属网只能使液体沿网格的孔洞方向通过，不能使液体从与网格的孔洞呈其他夹角的方向通过，其覆盖在基管上只能产生横向流通面积，不具有纵向流动能力，导流效果不好。

除此之外，如图2和图3所示，现有技术(中国专利：201110128048.7)提出一种泡沫金属复合防砂结构，所述泡沫金属复合防砂结构套设在基管1外，所述泡沫金属复合防砂结构至少包括：泡沫金属制成的泡沫金属防砂层。

所述泡沫金属防砂层的制作过程包括：将不同孔隙度的聚氨酯海绵导电化处理，通过电沉积将金属沉积在海绵上，高温烧结强化电镀层并将海绵烧除。泡沫金属的制作过程已经是现有技术，在此不再赘述。这样形成的泡沫金属不同于烧结微孔金属或金属纤维，在工艺，材质的物理机械性能，甚至是外观、均明显不同。

如图4所示，泡沫单元D中，泡沫棱边AA形成于海绵筋表面，当高温烧结强化电镀层并将海绵烧除后，泡沫棱边AA为电镀并经过烧结的金属材质，泡沫棱边AA相交于泡沫顶点A，泡沫单元D中除泡沫棱边AA外，其他地方均为空腔或空间，泡沫单元D相当于由泡沫棱边AA围成的立体框架，砂粒被泡沫棱边AA挡住而不能透过，因而泡沫棱边AA起到防砂作用；液体从B方向流入，由于泡沫单元D中除泡沫棱边AA外，其他地方均为空腔或空间，因而液体的流出方向C可以为各个方向，这样，在起到防砂作用的同时，泡沫金属防砂层可以有更好的透过性，即泡沫金属防砂层具有立体防砂和立体透过的性能。

相对于烧结微孔金属或金属纤维，泡沫金属防砂层容砂能力强、过流阻力小，液体透过性好。由于容砂能力强，对于含有同样砂粒浓度的液体，泡沫金属防砂层可以容纳更多的砂粒而不至于堵塞，因此能够透过更多的液体，也就是说，对于采集相同容量的液体，泡沫金属防砂层使用寿命长、更换的频率少、减少洗井时间，而且泡沫金属防砂层配合洗井工艺可以不动管柱洗井，洗井简单，进一步提高防砂效果和生产效率，降低维修强度。

进一步地，如图2和图3所示，所述泡沫金属复合防砂结构还包括导流网7，所述导流网7套设在所述基管1外，所述泡沫金属防砂层套设在所述导流网7外。液体(石油)经过泡沫金属防砂层过滤后又经过导流网7进行导流、均流进入基管1中。

进一步地，如图2和图3所示，所述导流网7由金属板冲压而成，沿冲压方向，所述金属板形成凹陷，所述凹陷具有沿与所述冲压方向垂直的方向的通道。例如，一块金属板水平放置，冲压方向为竖直方向，冲压时不要把被冲压的部分冲断，即冲压时不形成垂直的通孔，而是使被冲压的部分与金属板仍然保持一定的连接，从竖直方向看，冲压处只是凹陷而不是通孔，但从水平角度看，冲压处是连通的，形成通道，由于在水平角度通道的流向可以有多种选择，因此，液体从竖直方向进入凹陷，从多个方向水平流出，这样的导流网不但具有横向流通能力，更具有纵向流动能力，导流效果更好。

进一步地，如图2和图3所示，所述泡沫金属复合防砂结构还包括席型网6，所述席型网6夹设在所述导流网7与所述泡沫金属防砂层之间。这样，可以具有绕丝金属网的结构强度。

进一步地，如图2和图3所示，所述泡沫金属复合防砂结构还包括：套设在所述泡沫金属防砂层外的紧固所述泡沫金属防砂层的固定管2，所述固定管2的管壁上设有液体流通通道。泡沫金属防砂层通过固定管2固定在基管1外，固定比较稳定。进一步地，所述固定管2为具有冲孔的焊管，例如通过螺旋焊形成的钢管并冲出冲孔。

所述泡沫金属防砂层可以为单层结构，也可以为多层结构。对于地况复杂、防砂难度大的环境，通常采用多层结构，即采用多个防砂层，其中至少两个防砂层孔隙度不同。

优选地，如图2和图3所示，所述泡沫金属防砂层为多层结构时，所述泡沫金属防砂层包括：第一级滤砂层3，设置在远离所述基管1的外侧；第二级滤砂层4，套设于所述第一级滤砂层3内。第一级滤砂层3一般由高强度大孔隙泡沫金属制成，起到降低产出的液体流速并过滤粗砂的作用，第二级滤砂层4进行二次过滤。

进一步地，如图2和图3所示，所述泡沫金属防砂层还包括：第三级滤砂层5，套设于所述第二级滤砂层4内。第三级滤砂层5和第二级滤砂层4由不同孔隙度的高密度泡沫金属利用复合技术制成，小直径砂粒留存在第三级滤砂层5和第二级滤砂层4内形成稳定三维滤砂结构，容砂能力强。液体经过基管1侧壁的内通道10，进入基管1内产出地面。泡沫金属防砂层的多层结构可以通过调整泡沫金属本身的孔径和复合模式来适应不同工况条件的防砂需要。

进一步地，所述第三级滤砂层5和所述第二级滤砂层4的厚度大于等于1mm，所述第一级滤砂层3的厚度小于等于1mm。这样可以形成理想的三维滤砂结构，第三级滤砂层5和第二级滤砂层4内可以容纳更多的小直径砂粒，容砂能力更强。另外，这种三层防砂结构对粒径60μ以上沙粒都有较好的防护效果。

进一步地，如图2和图3所示，所述第三级滤砂层5套设在所述导流网7外，所述固定管2套设在所述第一级滤砂层3外。即泡沫金属防砂层通过固定管2和导流网7固定下来，固定稳定。

进一步地，如图2所示，所述基管1的外壁上设有焊接座8，所述固定管2与所述泡沫金属防砂层焊接在所述焊接座8上。泡沫金属防砂层与席型网分别通过熔焊的方式复合在基管1外层作为防砂材料使用。

进一步地，所述泡沫金属密度大于等于1.6g/cm³,孔隙度小于等于80％。这种泡沫金属密度大于一般的泡沫金属，孔隙度小于一般的泡沫金属，这样的泡沫金属孔隙度比较均匀，通孔率高，适合过滤。优选地，泡沫金属密度为2g/cm³。

该中国专利的防砂结构具有砾石填充的防砂效果，又具有绕丝金属网的结构强度；容砂能力强、过流阻力小，对粒径60μ以上沙粒都有较好的防护效果；配合洗井工艺可以不动管柱洗井，进一步提高防砂效果。

该中国专利的工作过程是：将导流网7、席型网6以及泡沫金属防砂层(包括各级滤砂层)、固定管2焊接在基管1的焊接座上，液体(例如石油)通过上述各层的通孔或通道进入到基管1的内通道10中，进入基管1内产出地面。虽然，该中国专利改进了筛管的防砂效果，但是，该中国专利在制作上比较复杂，而且仍然存在防砂效果差不理想的问题。

综上所述，现有技术中至少存在以下问题：筛管的防砂效果差。

技术实现要素：

本实用新型提供一种适用于稠油热采井的预充填防砂筛管，以解决现有的筛管的防砂效果差的问题。

为此，本实用新型提出一种适用于稠油热采井的预充填防砂筛管，所述适用于稠油热采井的预充填防砂筛管包括：

外层防砂割缝筛网层；

温固型树脂覆膜砂充填层，套接在所述外层防砂割缝筛网层之内；

内层防砂割缝筛管层，套接在所述温固型树脂覆膜砂充填层之内；

其中，所述外层防砂割缝筛网层、温固型树脂覆膜砂充填层、和内层防砂割缝筛管层，均为管状，并且所述外层防砂割缝筛网层内间隔设有多个第一梯形割缝。

进一步地，所述第一梯形割缝的长底边位于所述外层防砂割缝筛网层的外侧边上，所述第一梯形割缝的短底边位于所述外层防砂割缝筛网层的内侧边上。

进一步地，所述内层防砂割缝筛管层内等间距地间隔设有多个第二梯形割缝。

进一步地，所述第一梯形割缝和第二梯形割缝分别贯穿外层防砂割缝筛网层和内层防砂割缝筛管层。

进一步地，所述第二梯形割缝的面积小于所述第一梯形割缝的面积。

进一步地，各所述第一梯形割缝的梯形面积相等。

进一步地，所述第一梯形割缝的间距均相同。

进一步地，各所述第二梯形割缝的面积相等。

进一步地，所述第二梯形割缝的间距均相同。

进一步地，所述第一梯形割缝与第二梯形割缝在径向上相互交错，在轴向上相互间交错。

本实用新型的适用于稠油热采井的预充填防砂筛管有以下效果：

(1)防砂可靠性高；

(2)抗挤压变形、抗弯曲变形能力强，径向变形40％时防砂能力不变，满足高温井使用要求；

(3)过滤面积大，流动阻力小，产量高；

(4)滤孔大小精确可控(误差<5微米)，滤孔稳定不变形；

(5)滤孔均匀，渗透率高，防堵能力强，堵塞周期是普通筛管的2～3倍，且便于反洗；

(6)外径小，重量轻，便于在长距离水平段上推动到位；

(7)具有很强的“自洁”作用，同时，地层压力损失小，使用寿命长，现场应用取得了良好的防砂效果；

(8)耐高温蒸汽，适合热采井防砂；

(9)靠温度实现自动固化，使用安全方便；

(10)耐油、水、酸、碱性能较强，有利于提高防砂有效期。

附图说明

图1为现有的烧结微孔金属的局部结构示意图；

图2为现有的泡沫金属复合防砂结构的纵向剖面示意图；

图3为图2中A-A处的局部剖面结构的示意图；

图4为现有的泡沫金属的局部结构示意图；

图5为本实用新型的适用于稠油热采井的预充填防砂筛管的径向截面的结构；

图6为本实用新型的适用于稠油热采井的预充填防砂筛管的主视方向的结构；

图7为本实用新型的适用于稠油热采井的预充填防砂筛管的主视方向的放大结构。

附图标号说明：

1–基管 2–固定管 3–第一级滤砂层 4–第二级滤砂层

5-第三级滤砂层 6–席型网 7–导流网 8–焊接座

9–外导流孔 10–内通道 A-泡沫顶点 AA-泡沫棱边

B-液体流入方向 C-液体流出方向 E-微孔单元 D-泡沫单元

11外层防砂割缝筛网层 12温固型树脂覆膜砂充填层

13内层防砂割缝筛管层

15梯形割缝(梯形割缝) 16梯形割缝(梯形割缝)

17外层滤网 18内层滤网

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型。

如图5、图6和图7所示，本实用新型的适用于稠油热采井的预充填防砂筛管包括：

外层防砂割缝筛网层11；

温固型树脂覆膜砂充填层12，套接在所述外层防砂割缝筛网层之内；

内层防砂割缝筛管层13，套接在所述温固型树脂覆膜砂充填层之内；

其中，所述外层防砂割缝筛网层11、温固型树脂覆膜砂充填层12、和内层防砂割缝筛管层13，均为管状，并且所述外层防砂割缝筛网层11内等间距地间隔设有多个第一梯形割缝(即梯形割缝15，根据筛管尺寸以及梯形割缝的数目，梯形割缝的形状类似或基本上等同梯形割缝)。

外层防砂割缝筛网层11，其作用一是保护防砂筛管在运输、施工过程中内层结构不受到损害；二是在筛管膨胀过程中提供位移补偿，防止内层的防砂筛网松脱，起到均衡膨胀力的作用。

如图7所示，外层防砂割缝筛网层11其内等间距地间隔设有若干个复合的梯形割缝15，可实现对原油进行初步过滤，形成初级挡砂屏障；同时，阻挡温固型树脂覆膜砂在筛管膨胀过程中从防护外壳的孔隙漏失。其中，外层防砂割缝筛网层11中，或者外层防砂割缝筛网层11的内侧可以设有外层滤网17(三角形区域或三角形空隙)，其作用对原油进行再次过滤，形成挡砂屏障。

温固型树脂覆膜砂充填层12，充填的是一种线型改性树脂，注汽时，随着油井温度的不断升高，树脂砂固化形成中间的挡砂屏障，对原油进行再次过滤。

最内层结构为内层防砂割缝筛管层13，壁厚较厚，其内等间距地间隔设有若干个复合的梯形割缝16，即梯形割缝16。作用形成内层挡砂屏障，阻挡填充砾石和地层砂进入中心管对采油设备造成损害。其中，内层防砂割缝筛管层13(内侧)可以设有内层滤网18(三角形区域或三角形空隙)，其作用对原油进行再次过滤，形成挡砂屏障。

本实用新型采用双层交错梯缝的新型预充填防砂筛管，并在两层梯缝筛管的中间填充有温固型树脂覆膜砂及滤网，能够实现稠油热采井高效防砂的目的。

进一步地，内层防砂割缝筛管层13内间隔地设有若干个复合梯形割缝,这样，能起到内层的较好的过滤作用。

进一步地，外层、内层梯形(梯形)割缝筛管层采用双梯形复合交错缝腔(如图5和图7)，梯形割缝15和梯形割缝16分别贯穿外层防砂割缝筛网层11和内层防砂割缝筛管层13。所述第一梯形割缝(梯形割缝15)与第二梯形割缝(梯形割缝16)在径向上相互交错，在轴向上相互间交错，具有较好的过滤作用，也具有很强的“自洁”作用，同时，地层压力损失小，使用寿命长，现场应用取得了良好的防砂效果。

进一步地，各梯形割缝15的梯形面积相等。各梯形割缝16的梯形面积相等，以便制作，也便于过滤均匀。所述第二梯形割缝的面积小于所述第一梯形割缝的面积，以便过滤越来越细。

更进一步地，所述的复合割缝之间的间距均相同，以便制作，也便于过滤均匀。

更进一步地，如图7所示，所述的外层、内层防砂割缝筛管层之间的复合割缝在径向上不平行对齐，纵向上相互间交错一定的高度。

进一步地，温固型树脂覆膜砂充填层12中应用的树脂是一种线型改性树脂,含有大量的苯，蒽、萘等杂环类物质。该树脂在70℃以上由线型向体型转化，在120℃时发生初始聚合，最后形成不溶且不熔化的树脂固体。该树脂固体在350℃以上时，表层部分树脂转变成焦碳和沥青焦，从而达到耐高温的目的。

进一步地，所述的温固型树脂覆膜砂加工过程如下：将高温包砂树脂在工厂内包覆于选定的骨架砂表面，经加热烘干、粉碎过筛，形成具有一定粒度、球度和堆积密度的带有树脂膜的树脂覆膜砂。

进一步地，所述的树脂覆膜砂骨架砂的选择要求是：在满足常规骨架砂性能(一定强度、粒度等)的同时，必须耐350℃蒸汽的溶蚀。同等条件下，重金属矿石在蒸汽作用下不溶蚀，石英砂溶蚀量最大。故选择重金属矿石为骨架砂，粒度为0.45mm-0.85mm。

更进一步地，所述的不同比例树脂量的覆膜砂，固结后其树脂覆膜砂岩芯的抗压强度及渗透率不同。改性树脂量选择20～25％合适。

更进一步地，所述的树脂砂的固化速度和固化时间不同。在大于70℃的温度环境下,才缓慢固化。随着温度升高,固化速度加快。当温度大于120℃以上，树脂发生变性，转变成新物质，具有耐高温的性能。因而温固型树脂覆膜砂起始固化的温度选择为70℃。

更进一步地，所述的温固型树脂覆膜砂固结后抗压强度为4-6MPa，渗透率大于30μm2。

更进一步地，所述的温固型树脂覆膜砂具有很强的耐温性能。经过2次高温后，其固结强度只是略有降低。所以防砂后的油井可经受多次注汽的冲刷而不再出砂，可大大延长防砂有效期。

更进一步地，所述的温固型树脂覆膜砂固结后，在酸、碱、原油和地层水中浸泡后，其抗压强度和渗透率变化随环境变化不大，具有很好的耐酸、耐碱性能。

更进一步地，所述的温固型树脂覆膜砂通过大量的室内试验表明能够满足现场使用要求，其主要性能指标：①外观：黑褐色，球粒状，球度0.7，圆度0.6，粒度(0.45mm-0.85mm)；②堆积密度1.65～1.8g/cm3；③固结后耐温350℃；④挡砂粒径0.07mm(常规机械防砂挡砂粒径在0.1-0.3mm)；⑤固结后抗压强度大于4.0MPa，渗透率大于35μm2。

更进一步地，所述的温固型树脂覆膜砂优势：①树脂砂固化采用高温固结，且耐高温蒸汽，适合热采井防砂；②树脂砂固化不用外加固化剂，靠温度实现自动固化，使用安全方便；③树脂砂固化后耐油、水、酸、碱性能较强，有利于提高防砂有效期。

本实用新型的优选实施方式中，所述过滤件(内、外防砂梯形割缝筛管层，即外层防砂割缝筛网层11和温固型树脂覆膜砂充填层12)为耐高温、防腐蚀的不锈钢立体金属纤维，金属纤维具有良好的韧性和较高的屈服极限(抗拉强度为1580MPa，破断拉值为268KN，比例变形载荷为100KN，弯曲模量为0.88×105MPa，结构变形带弹性模量为0.55×105MPa，比例变形带弹性模量为0.78×105MPa，结构伸长率为0.2)，形成砂粒过滤渗透带。

由于在整个筛管的表面(包括内外壁以及孔隙、割缝的内部表面)全部喷涂固化聚四氟乙烯，使其表面耐磨性能好，表面不结垢、不结蜡，不易被腐蚀，大大延长了筛管的使用寿命，降低了更换费用，提高了采油效率。附加每个割缝是交错的，可以提高割缝筛管抗拉伸强度。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。