专利名称：粒度分选膨胀防砂管的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于油田的疏松储集层采油井的井下防砂管制造技术领域。
背景技术：
当遇到比较疏松的碎屑岩储集层，由于井内采油，使得地层压力下降，组成地层骨架的碎屑颗粒开始松动脱落，随同原油一起流入井内；此时，由于组成岩的成分是由各种直径的颗粒组成，加上原始储集层横向、纵向不均质性，这样，流入井内的碎屑成分什么样直径的颗粒都有，可以用泥沙俱下来形容。在防砂时，如果不加区别地一味处理，则很容易按下葫芦起了瓢，如在防砂中心内管内用较大孔的防砂介质，只是防住粗粒的砂，较细的砂让其进入井内是不行的；反之，用较细孔的防砂介质，则粗粒和极细的砂丝毫没有分选地一起防住，就很容易在防砂管外形成泥饼，最后降低渗透率，降低油井的产量，缩短油井生产周期(如图6所示)。经过国内各个油田的调研和中外合资公司(美国EDC、阿帕奇、科麦奇等)在国内防砂作业的咨询，目前常用的防砂管有如下几种1、管外砾石充填割缝防砂管；2、预充填绕丝筛管；3、预充填割缝筛管；4、金属棉防砂管；5、金属毡防砂管；6、金属粉末颗粒烧结防砂管；7、陶瓷防砂管；8、聚脂防砂管；9、复合防砂管等多种。它们的共同缺点有四个(1)防砂管外径保持不变，管外空间大，容易给出砂提供更多的储存砂粒的空间，诱导地层出更多的砂，不利于起下工具作业；(2)增加作业频率，其中管外砾石充填割缝防砂管生产时间为1～2年必需起下工具作业一次；但是每一次需要进行冲砂作业，完成整个起下工具时间要3～5天；其它防砂管生产时间只有8～10个月就必需起下工具作业一次；(3)单一防砂介质，容易形成泥饼，降低渗透率，减低油井的产量；(4)冲洗出来的含油碎屑物污染环境，处理困难较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能克服上述缺陷，对随原油流进井内的混合砂粒自外到内，按粒度从粗粒到细粒进行粒度分选截留，提高孔隙渗透率；且防砂管(包括内、外割缝管和筛网)具有膨胀及收缩功能，并能有效减少地层出砂数量的粒度分选膨胀防砂管。解决该技术问题采用的技术方案是粒度分选膨胀防砂管，由割缝钢管和筛网构成的，其特征在于割缝钢管除了包含内割缝钢管之外，还设有外割缝钢管；外割缝钢管的割缝宽度≤0.25mm，每条缝的长度180.0mm，相邻两条割缝的横向距离7.85mm，同一方向两条割缝间距20.0mm；内割缝钢管的割缝宽度≤0.25mm，每条割缝的长度180.0mm，相邻两条割缝的横向距离7.85mm，同一方向两条割缝间距20.0mm；筛网处于外割缝钢管和内割缝钢管之间，筛网自外到内由大网格不锈钢筛网、中网格不锈钢筛网、到小网格不锈钢筛网按顺序排列；所述的外割缝钢管在受到4至5吨的轴向压力时，其直径膨胀量为20％，膨胀后每条割缝的缝隙宽度平均扩大1.57mm；所述的内割缝钢管在受到3至4吨的轴向压力时，其直径膨胀量为20％，膨胀后每条割缝的缝隙宽度平均扩大2.17mm；所述的筛网也可以由同一规格的多层不锈钢筛网平行重叠或倾斜重叠而成。本发明与现有技术相比有如下优点①本发明的防砂管的外割缝钢管膨胀后紧靠油井套管内壁，极大地减少了井筒内可能存储流砂的多余空间，有效地遏制由于出砂过多而进一步引起地层垮塌和大量出砂的恶性循环现象的出现；②粒度分选后，重构了高渗透率的孔隙系统，提高了油井的产量；③延长了生产周期，预计生产周期在两年以上；④起下工具作业时，冲洗出来的含油碎屑污染物数量少，利于保护环境；⑤提高了油井的综合经济效益。
图1为本发明粒度分选膨胀防砂管在油井下套管内初始状态的横向截面放大示意图；图2为本发明粒度分选膨胀防砂管在油井下套管内初始状态的纵向剖面示意图；图3为图2在轴向压力下的下部封隔器打开状态的纵向剖面示意图；图4为图3在轴向压力继续施压下的本发明粒度分选膨胀防砂管膨胀打开状态的纵向剖面示意图；图5为图4在轴向压力进一步施压下的上部封隔器打开状态的纵向剖面示意图；图6为目前常用的防砂管在油井下套管内油井投产状态的纵向半侧的剖面示意图；图7为图5在油井投产状态的局部纵向半侧的剖面示意图；图8为内或外割缝钢管的外表面展开示意图；图9单层不锈钢筛网的示意图；图10为同一规格的两层不锈钢筛网平行重叠的示意图；图11为同一规格的两层不锈钢筛网网线45°重叠时的示意图。
具体实施例方式现结合附图，详细阐述本发明的最佳实施例。为更好地说明实施例，参照附图1至附图11，首先列出各图标1—已射孔的油井套管；2—外割缝钢管；3—多层粒度分选不锈钢筛网；4—内割缝钢管；5—人工油井底；6—下部封隔器；7—油层；8—上部封隔器；9—上部接头总成；10—下部接头总成；11—防砂中心内管；12—防砂介质；13—泥饼；21—割缝钢管上的单条割缝；22—中间隔着一条割缝的左右两条割缝之间的间距；23—相邻两条割缝之间的间距；31—孔径较大的不锈钢筛网；32—孔径适中的不锈钢筛网；33—孔径最小的不锈钢筛网；34—最大碎屑颗粒直径φo；35—钢丝直径Do；36—筛网平行重叠时容许通过的最大颗粒直径φ2；37—筛网成45°角重叠时容许通过的最大颗粒直径φ′2。如附图8所示，一、分别制造能膨胀的外、内割缝钢管。我们知道，目前的割缝钢管是不能膨胀的，经过仔细分析，究其原因是割缝的长度和排列有问题。本发明人经过反复试验，得出结论对于一定厚度管壁和直径的钢管，则为了让其膨胀，需要在钢管的两端施加一定的轴向压力，所施加轴向压力的大小与割缝钢管上的割缝间均匀分布与轴向平行的割缝条数呈反相关、同时与每条割缝的长度呈反相关，要求总装后施加轴向压力为7～9吨。相对于内径φ162.0mm的油层套管，所使用的外割缝钢管的管径为φ135.0mm、厚度3.5mm，膨胀时要求施加的轴向压力为4～5吨，要求其直径膨胀量为20％，膨胀后每条缝隙宽度平均扩大1.57mm。采用激光割缝，每条割缝的宽度≤0.25mm，相邻两条割缝的横向距离为7.85mm，每条割缝的长度180.0mm，共割了54条割缝，同一方向的两条割缝间的间距20.0mm不割，作为拉筋。所使用的内割缝钢管的管径为φ99.0mm、厚度3.5mm，膨胀时要求施加的轴向压力为3～4吨，要求其直径膨胀量为20％，膨胀后每条缝隙宽度平均扩大2.17mm。采用激光割缝，每条割缝的宽度≤0.25mm，相邻两条割缝的横向距离为7.85mm，每条割缝的长度为180.0mm，共割了39条割缝，同一方向两条割缝间的间距20.0mm不割，作为拉筋。
二、多层粒度分选不锈钢筛网。如附图1至附图5、附图7所示，方案一采用多层孔径不同的不锈钢筛网从自外到内按大网格不锈钢筛网、中网格不锈钢筛网、小网格不锈钢筛网顺序排列，构成多层粒度分选不锈钢筛网。又如附图9至附图11所示，方案二为了使筛网与内、外割缝钢管同步膨胀或收缩，就要对筛网进行特殊的加工和安装，逐层缠绕，固定安装，这样能够很好地与内、外割缝钢管实现同步膨胀或收缩。针对于单一层的不锈钢筛网，如附图9所示，钢丝直径Do，孔径相当于容许通过的最大碎屑颗粒直径φo；如附图10，针对于同一规格双层的不锈钢筛网，当上下两层网线平行重叠时，钢丝直径Do，则其形成的孔径相当于容许通过的最大碎屑颗粒直径φ2＝φo/4-Do＞0；针对于同一规格上下两层筛网，当网线成45°角重叠时，钢丝直径Do，则其形成的孔径相当于容许通过的最大碎屑颗粒直径φ′2＝2tang22.5°φo/4-Do＝0.8183φo/4-Do＞0；如附图11所示，当同一规格上下两层筛网的网线为任意角度重叠时，则其形成的孔径介于上述两者之间。针对于同一规格三层不锈钢筛网，当上下三层网线平行重叠时，钢丝直径Do，则其形成的孔径相当于容许通过的最大碎屑颗粒直径φ3＝φo/8-2Do＞0；对于同一规格三层互为45°相交重叠的不锈钢筛网，钢丝直径Do，则其形成的孔径相当于容许通过的最大碎屑颗粒直径φ3＝(2tang22.5°)2φo/8-2Do＝0.6696φo/8-2Do＞0；当同一规格上下三层不锈钢筛网的网线为任意角度重叠时，则其形成的孔径介于上述两者之间。
三、制造本发明粒度分选膨胀防砂管。把上述制得的多层粒度分选不锈钢筛网(无论是方案一中的或方案二中的筛网)放置、装设于能膨胀的外、内割缝钢管之间，便构成本发明创造的产品。将它们装设于油井套管内，其截面示意图如附图1所示。将上、下接头总成，上、下部封隔器与本发明创造的产品两端牢固连接，并与标准油管丝扣对接后，放置至油井的套管中的油层处，便可开始生产石油。如附图2至附图5及附图7所示，在本发明创造的产品放置至油层处，给上部封隔器施加轴向压力5吨时，则下部封隔器开始打开座封，如附图3；继续施加轴向压力至8至10吨时，本发明粒度分选膨胀防砂管开始膨胀、紧贴油井套管内壁，如附图4；继续施加轴向压力至15至18吨时，上部封隔器打开，如附图5及附图7，本发明粒度分选膨胀防砂管开始工作，油层中的原油经油层套管、外割缝钢管、多层粒度分选不锈钢筛网、内割缝钢管流入油管，通向地面集油容器；由于使用了本发明创造产品，它能有效地自外到内按大、中、小颗粒粒度分级选择防阻油层中的大、中、小颗粒随原油流入油管、到达地面，达到稳产、增产的目的。同时也提高管件的使用寿命，延长检修时间间隔，产出高品质原油，效益可观，适于推广应用。
权利要求
1.粒度分选膨胀防砂管，由割缝钢管和筛网构成的，其特征在于割缝钢管除了包含内割缝钢管之外，还设有外割缝钢管；外割缝钢管的割缝宽度≤0.25mm，每条缝的长度180.0mm，相邻两条割缝的横向距离7.85mm，同一方向两条割缝间距20.0mm；内割缝钢管的割缝宽度≤0.25mm，每条割缝的长度180.0mm，相邻两条割缝的横向距离7.85mm，同一方向两条割缝间距20.0mm；筛网处于外割缝钢管和内割缝钢管之间，筛网自外到内由大网格不锈钢筛网、中网格不锈钢筛网、到小网格不锈钢筛网按顺序排列。
2.根据权利要求1所述的粒度分选膨胀防砂管，其特征在于外割缝钢管在受到4至5吨的轴向压力时，其直径膨胀量为20％，膨胀后每条割缝的缝隙宽度平均扩大1.57mm。
3.根据权利要求1所述的粒度分选膨胀防砂管，其特征在于所述的内割缝钢管在受到3至4吨的轴向压力时，其直径膨胀量为20％，膨胀后每条割缝的缝隙宽度平均扩大2.17mm。
4.根据权利要求1所述的粒度分选膨胀防砂管，其特征在于所述的筛网也可以由同一规格的多层不锈钢筛网平行重叠或倾斜重叠而成。
全文摘要
本发明粒度分选膨胀防砂管属于油田的疏松储集层采油井的井下防砂管制造技术领域。它解决了随原油流进井内的混合砂粒不能自外到内，按粒度从粗粒到细粒进行分选截留，提高孔隙渗透率，减少地层出砂数量的技术问题。解决该技术问题采用的主要技术方案粒度分选膨胀防砂管，由割缝钢管和筛网构成的，其特征在于割缝钢管除了包含内割缝钢管之外，还设有外割缝钢管；内、外割缝钢管的割缝宽度均为≤0.25mm，每条缝的长度180.0mm，相邻两条割缝的横向距离7.85mm，同一方向两条割缝间距20.0mm；筛网处于外、内割缝钢管之间，筛网自外到内分别由大、中、小网格的不锈钢筛网按顺序排列。使用它可稳产、高产，产出高品质原油。
文档编号E21B43/02GK1632283SQ200410011670
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月28日 优先权日2004年12月28日
发明者刘风元, 刘乔珊 申请人:刘风元, 刘乔珊