螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，用于油气井和稠油井防砂。该滤砂管首次将斜丝粗滤砂和割缝细滤砂技术有机结合，实现双重滤砂，具有成本低、操作方便、防砂效果好、适应范围广和防砂卡泵的特点；导液流器特有的变截面流道，实现井液提速而避免砂粒沉积；V形斜丝笼套通过引流罩、引流环和螺旋筋加固，使滤砂管强度高、刚度大且抗挤压摩擦能力强，且不易撸丝和损坏套管；梯形斜丝和扇形割缝使丝缝和割缝具有自洁净作用，而螺旋筋和斜丝螺旋式布置且螺旋筋缝隙和丝缝外窄内宽，使螺旋筋和斜丝笼套具有自清洗功能；斜丝笼套可拆卸，使滤砂管便于更换或清洗；引流罩将井液引入滤砂管，而引流环将砂粒导出，集砂管则收集沉积砂粒。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种油气井开采井下防砂器材，特别是涉及一种适合稠油井防砂用的 滤砂管。 螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管
【背景技术】
[0002] 当前，我国主要油田及气田的开采已经开始进入中后期阶段，井身结构较差、油中 高含水、稠油等现象非常普遍，经过长期的注水、抽油泵强提升液、强注和强采以及稠油低 品位油藏的动用，油层状况发生了较大的改变，砂埋油层、砂卡油管、砂埋泵、砂卡泵以及砂 磨油泵等"砂害"更加严重和复杂化。
[0003] 目前，国内外油气井和稠油井防砂方面主要以机械防砂为主，通常用的机械滤砂 管防砂法有绕丝筛管、割缝衬管、机械滤砂管+砾石充填等。其中，绕丝筛管是将不锈钢绕 丝缠绕至钢管，具有耐腐蚀、缝隙连续和流通面积大等特点，但同时造价高，是割缝衬管的 2?3倍；细砂粒易堵塞渗滤介质，降低产能；自清洁性较差，砂粒易集结于通道内；作业中 绕丝难免与井壁或套管壁发生碰撞、摩擦和挤压，造成筛管损坏或乱丝，降低完井质量和防 砂效果。割缝衬管是将套管经过铣削加工而成，具有工艺简单、操作方便、强度高的特点，然 而其最小缝宽窄且深，适用砂粒的粒径范围较小；缝眼容易被细砂粒堵塞和磨损。机械滤砂 管+砾石充填防砂的防砂时间较长，效果较好，但是这种管层预填充方法在阻挡固体颗粒 的同时，也增加了井液进入滤砂管的流动阻力，尤其是对于稠油井，加大了产能损失，而且 成本相对较高，设计和施工相对复杂，防砂后井内留有防砂管柱，打捞难，时间稍长滤砂管 容易产生腐蚀。近几年国内开始探索应用化学防砂，其优点是施工后井内无遗留物，并可用 于异常高压井层，而其缺点是对油层渗透率有一定伤害；注入剂存在老化现象，使其有效期 有限；成功率不如机械防砂；同时不适用于裸眼完井的油井。
[0004] 综上所述，常规的机械防砂和化学防砂方法都没有从根本上解决油气井和稠油井 出砂问题，由此通过研究井筒中的砂粒运移和沉降规律，并依托现有可行性技术，设计出油 气井和稠油井防砂专用的割缝斜丝滤砂管，并依据固液两相流体仿真分析和实验室实验结 果对滤砂管的结构及筛缝宽度等参数进行优化设计，以保证所设计的滤砂管能够满足开发 生产需要，同时可以有效提高检泵周期，避免处于中后期生产阶段油气井因防砂失败而导 致无法正常生产或者长期停产。
【发明内容】
[0005] 为了有效解决油气井和稠油井出砂问题并克服现有机械滤砂管和化学防砂技术 存在的不足，本发明的目的是研制出一种新型的适合油气井和稠油井防砂用的螺旋式可拆 卸割缝斜丝滤砂管。该割缝斜丝滤砂管首次将斜丝丝缝粗滤砂和螺旋式割缝细滤砂两种防 砂技术进行有机结合，并依据其螺旋式斜丝和螺旋筋以及导液流器的特殊构造和工艺，能 够实现双重滤砂、含砂井液提速、自洁净和自清洗功能，具有成本低、操作方便、可拆卸、防 砂效果好、砂粒粒径适应范围广、强度高且刚度大、经过大斜度和水平井弯段时不易损坏、 可避免套管损坏和砂卡泵等特点。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种螺旋式可拆卸割缝斜丝滤 砂管，主要由导液流器、割缝管、螺旋筋、斜丝笼套、引流罩、引流环、集砂管和管帽组成。割 缝斜丝滤砂管防砂机理是地层产出液依次流经斜丝笼套、螺旋筋和割缝管的缝隙进入滤砂 管内腔室，然后通过导液流器的提速后流入抽油泵和油管并被举升至地面；同时依据斜丝 笼套和割缝管的桥架作用实现双重滤砂功能，粒径大于丝缝的砂粒被阻挡在斜丝笼套外 面，粒径大于割缝的砂粒被阻挡在割缝管外面，并被送至井底口袋，而粒径较小的少量砂粒 随产出液携带至滤砂管内腔室并排出井筒。
[0007] 导液流器位于螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管的最上部，其表面进行镍磷镀处理， 实现含砂井液提速，避免地层产出液流量较低时引发砂粒在滤砂管内腔室的沉积。导液流 器包括导液流轮、轮杆、导液流壳和导液流罩，导液流轮材料选用60Si2Mn，调质处理布氏硬 度大于230,整体采用变截面的倒锥体，其轴向剖面外轮廓线的下部呈下凹式的圆弧，而上 部呈上凸式的圆弧，两圆弧结合处的法线重合，保证导液流轮表面流动井液的连续性和稳 定性；导液流轮内环面上部为全环凹槽。轮杆用来实现导液流轮与导液流罩间的联接，整体 采用阶梯轴结构，它包括接头、杆体、杆肩和杆头，接头通过外螺纹与导液流罩进行联接；杆 体外表面进行精加工，与导液流轮内环面过盈配合；杆肩用来连接杆体和杆头，同时其上端 面与导液流轮下端面相结合实现导液流轮定位；杆头采用锥度为60°的倒圆锥体，保证井 液顺利切入导液流轮的锥面。
[0008] 导液流壳和导液流罩的材料选用35CrM〇,表面氧化处理，同时调质处理布氏硬度 不低于220,以抵抗导液流壳和导液流罩内流动井液的冲击，导液流壳和导液流罩间通过丁 腈橡胶垫进行密封。导液流壳采用厚壁筒形结构，顶部边缘加工有均匀排列的螺钉孔，导液 流壳外环面直径等于割缝管内环面直径，并与割缝管过盈配合，实现导液流器与割缝管间 的固定；导液流壳内表面的上部采用环形结构，而下部采用变截面的流线型结构，其轴向剖 面内轮廓线与导液流轮剖面的外轮廓线相配合，导液流壳剖面内轮廓线的下部呈上凸式的 圆弧，圆弧半径小于导液流轮剖面外轮廓线的下圆弧半径；导液流壳内轮廓线的中部呈下 凹式的圆弧，圆弧半径大于导液流轮外轮廓线的上圆弧半径；导液流壳内轮廓线的上部呈 下凹式的圆弧，圆弧半径小于内轮廓线中部及下部圆弧半径。导液流壳内轮廓线各圆弧结 合处的法线均重合，保证导液流壳内表面上流动井液的稳定性。导液流轮与导液流壳配合 后的井液流道呈变截面的环形结构，并且流道从入口至出口的截面面积逐渐减小，由此其 内的井液流速不断提升。
[0009] 导液流罩上部采用法兰盘结构，通过螺钉与导液流壳进行联接。导液流罩外表面 的上部采用变截面的圆柱形结构，圆柱横截面直径小于导液流壳上部内环面直径；外表面 的中部采用锥度为60°的倒圆锥体，其锥面与导液流轮和导液流壳间的井液流道出口相吻 合；外表面的下部采用圆柱形结构，圆柱横截面直径小于导液流轮上部凹槽的直径。导液流 罩内加工有圆形井液流动弯道，用来改变井液流动方向，保证导液流器入口和出口处井液 流动方向一致，弯道沿圆周方向均匀布置，个数为8?12个，弯道直径等于导液流轮和导液 流壳间的井液流道出口宽度，弯道入口位于导液流罩外表面锥体的锥面上，以保证导液流 器流动井液的连续性，而弯道出口则位于导液流罩的上端面。导液流罩内环面采用阶梯回 转体结构，其上部加工有内螺纹，而中部环面的直径大于轮杆杆体外径。
[0010] 割缝管是对斜丝粗滤砂后的井液再次进行深度过滤，即细滤，以达到较好的防砂 效果，它由圆管加工而成，包括上下接头、卡箍和管体几部分，材料选用30Cr，内外表面及 割缝表面均涂覆超级双向不锈钢。上接头和下接头上均加工有密封性圆锥管螺纹，分别位 于割缝管的最上部和最下部，上接头通过接箍将割缝斜丝滤砂管与上部的抽油泵联接在一 起。卡箍用于实现斜丝笼套、螺旋筋、引流罩和引流环与割缝管间的固定，采用环形圆板，与 管体外壁通过圆周焊的方式进行联接，卡箍内环面的下部为一全环凹槽，槽壁上加工有密 封性圆锥管螺纹，与其下部的引流罩进行联接。
[0011] 管体是割缝管的主体，其上用刀具或者电火花等特种加工方式切割出螺旋线形的 具有一定宽度和密度的割缝，即割缝是沿着螺旋线所加工出来的具有特殊形状缝隙。该螺 旋线沿管体圆柱面等间距展开，即割缝在轴向上等间距排列，螺旋线的展开线与割缝管轴 线间的升角小于65°。各层面的割缝均匀布置，割缝数取150?300,割缝宽度取0. 30? 0. 15mm，各层面间的割缝平行排列。相邻割缝间的管体剖面呈扇形，扇形两边的夹角为 25°，扇形小的弧面朝向割缝管轴线，为此割缝外窄内宽，可以避免随井液通过割缝的砂粒 卡死在割缝内而发生堵塞，为此所设计的割缝管具有割缝自洁净作用。
[0012] 螺旋筋用于支撑斜丝笼套，材料选用不锈钢并且涂覆双向不锈钢。螺旋筋是通过 轧制的方法形成一根等截面的丝筋，该丝筋沿着割缝管上割缝的轮廓线螺旋缠绕于管体外 壁，螺旋筋螺旋线的展开线与滤砂管轴线间的升角等于割缝螺旋线的升角，同时保证丝筋 各部位均处于割缝管相邻割缝的中间部位，由此螺旋筋整体上呈现弹簧式外形，其内环面 套于割缝管外，而外环面衬于斜丝笼套内。螺旋筋的两侧切割出倒圆锥体形状的切口，切口 处分别与其上部的引流罩和下部的引流环进行焊接而实现螺旋筋的定位。螺旋筋沿螺旋线 方向的横截面为等腰梯形，梯形两边的夹角为30°，梯形短边的一面朝向割缝管，并与管体 外壁紧密配合。一方面，螺旋筋螺旋线的升角也小于65°，可以保证粒径小于割缝管割缝的 砂粒随井液顺利通过割缝管，而粒径大于割缝的砂粒会落在螺旋筋侧面上，砂粒在井液冲 刷及重力的作用下顺利滑落，最终经由引流环落入井底口袋中；另一方面，螺旋线上相邻螺 旋筋间形成缝隙的剖面外窄内宽，在井液冲刷下可以避免砂粒发生积聚，为此所设计的螺 旋筋具有自清洗功能。
[0013] 斜丝笼套是对地层产出的含砂井液进行初次过滤，即粗滤，材料选用不锈钢并且 涂覆超级双向不锈钢。所有斜丝沿割缝管轴线垂向放置并且沿螺旋筋弹簧式外环面均匀排 列，斜丝根数取120?220,斜丝间的丝缝宽度取0. 75?0. 30mm，所有均布的斜丝形成具有 一定强度的斜丝笼套，斜丝笼套的上下两端分别通过引流罩和引流环进行加固，而内部通 过弹簧式螺旋筋进行支撑，斜丝和螺旋筋的每一个交叉接触点均通过电阻焊按照单面角焊 缝的方式进行焊接，以保证斜丝笼套的强度和刚度，使其具有较强的抗挤压摩擦能力，同时 较之绕丝筛管等，在经过大斜度和水平井弯段时不易损坏且不会发生撸丝现象，并可减少 滤砂管与套管内壁发生碰撞的概率，避免套管产生损坏。
[0014] 斜丝笼套上每根斜丝体的中线为沿螺旋筋弹簧式外环面展开的螺旋线，该螺旋线 的展开线与斜丝笼套横截面间的夹角为60?75°，远远大于落在斜丝侧面上砂粒的摩擦 角，避免发生"自锁效应"，以保证砂粒在井液冲刷及重力的作用下可以顺利滑落至井底口 袋中，为此所设计的斜丝笼套具有自清洗功能。
[0015] 每根斜丝均为通过轧制的方法形成等腰梯形的变截面丝体，一方面，斜丝梯形截 面的高度沿螺旋筋外环面向下逐渐降低，使得斜丝笼套外轮廓呈现V形的倒圆锥体，锥度 取为1:100?1:20,可以保证粒径小于丝缝的砂粒随井液顺利通过斜丝笼套，而粒径大于 丝缝的砂粒会依靠自身重力作用及时沉积至井底口袋中，不会积聚在丝缝外面而造成滤 砂管外砂粒的堆积，影响滤砂效果和井液流速；另一方面，斜丝梯形截面的两斜边夹角为 35°，梯形短边的一面朝向螺旋筋，使得相邻斜丝间形成的丝缝剖面外窄内宽，可以避免随 井液所携带砂粒卡死在丝缝内而造成堵塞，为此所设计的斜丝笼套具有丝缝自洁净作用。
[0016] 引流罩和引流环材料均选用双向不锈钢，均采用阶梯回转体结构，包括上凸台、本 体和下凸台，其内环面的直径等于割缝管管体的外径，同时引流罩和引流环与割缝管间采 用间隙配合。中部本体沿圆周方向切有形状和大小相同的液槽口，所有液槽口均匀布置，槽 口数等于斜丝笼套的斜丝根数，同时每个液槽口的位置与丝缝一一对应。
[0017] 引流罩用来将滤砂管上方的含砂井液顺利引入斜丝笼套内，防止由于截面变化而 引发砂粒在滤砂管上方产生聚集。引流罩上凸台的外环面加工有密封性圆锥管螺纹，与割 缝管卡箍下部的凹槽相配合，引流罩本体上端面与卡箍下端面结合处需产生足够大的应 力，防止井液对螺纹产生腐蚀和工作中发生脱扣。引流罩本体上的液槽口两侧面分别与对 应位置丝缝的两侧面平齐，同时液槽口上部端线为弧线，该弧线所在圆的直径等于割缝管 卡箍外环面直径，而且液槽口下部端线也为弧线，该弧线所在圆的直径等于引流罩下凸台 外环面的直径，由此保证含砂井液顺利切入引流罩后引入斜丝笼套内。引流罩下凸台采用 圆筒形结构，其下端面采用圆锥体形结构，锥体的锥面与螺旋筋上侧的切口相平齐。
[0018] 引流环用来将螺旋筋和斜丝笼套上滑落的砂粒顺利导出滤砂管并送入井底口袋。 引流环上凸台采用圆筒形结构，其上端面采用倒圆锥体形结构，锥体的锥面与螺旋筋下侧 的切口相平齐。引流环本体上的液槽口两侧面分别与对应位置丝缝的两侧面平齐，同时液 槽口上部端线为弧线，该弧线所在圆的直径等于引流环上凸台外环面的直径，而且液槽口 下部端线也为弧线，该弧线所在圆的直径等于引流环下凸台大端圆面的直径，由此保证砂 粒可以顺利切入引流环并送至井底口袋。引流环下凸台采用倒圆锥体结构，锥体的锥度为 30°，大于液槽口内部端面的斜度。
[0019] 集砂管用于及时收集滤砂管内腔室井液流量变化时所产生的少量沉积砂粒，同时 依据井液流量、出砂量、砂粒粒度分布和大小选取合适节数的集砂管。集砂管采用圆筒形结 构，材料选用中碳结构钢并且内衬不锈钢，由母螺纹接头、管基体和公螺纹接头组成。母螺 纹接头外环面采用圆柱体形结构，外径大于管基体外径；而内部通道采用变截面的阶梯回 转体结构，通道上部加工有密封性圆锥管螺纹，并通过其上部的割缝管下接头实现割缝管 与集砂管间的联接；通道下部采用倒锥形结构过渡区，作用是避免母螺纹接头截面和刚度 的急剧变化，减小应力集中。管基体内环面直径等于割缝管管体的内径。公螺纹接头位于 集砂管的最下部，加工有密封性圆锥管螺纹，实现不同节集砂管间的联接。
[0020] 管帽采用盲孔结构，材料选用中碳结构钢且内衬不锈钢，其外环面采用圆柱体形 结构，外径等于集砂管母螺纹接头外径；其内环面的上部加工有密封性圆锥管螺纹，与集砂 管公螺纹接头进行联接；内环面下部采用倒锥形结构过渡区。
[0021] 本发明所能达到的技术效果是，该割缝斜丝滤砂管将斜丝粗滤砂和割缝细滤砂两 种防砂技术进行有机结合，首次实现机械滤砂管的双重滤砂功能，具有成本低、操作方便、 防砂效果好、砂粒粒径适应范围广和防砂卡泵的特点；导液流轮与导液流壳配合后的井液 流道呈面积逐渐减小的变截面环形结构，且导液流罩内加工有改变井液流动方向的圆形井 液流动弯道，实现含砂井液提速，避免地层产出液流量较低时引发砂粒在滤砂管内腔室的 沉积；垂向斜丝均匀布置形成斜丝笼套，对地层产出的含砂井液进行初次过滤，同时割缝 管上切割出螺旋式割缝，其宽度小于丝缝，对井液进行深度过滤，以达到较好的防砂效果； V形构造的斜丝笼套两端通过引流罩和引流环加固，内部通过弹簧式螺旋筋支撑，保证滤砂 管的强度高、刚度大且抗挤压摩擦能力强，同时经过大斜度和水平井弯段时不易损坏和撸 丝，并可避免套管产生损坏；斜丝梯形截面和相邻割缝间管体扇形截面的两边夹角依次减 小，且梯形和扇形短边的一面朝内，可避免砂粒卡死在丝缝和割缝内而发生堵塞，为此丝缝 和割缝具有自洁净作用；螺旋式螺旋筋的升角小于65°且螺旋式斜丝与滤砂管截面间的 夹角大于60°，可避免砂粒发生"自锁效应"，同时丝缝和相邻螺旋筋间缝隙外窄内宽，保证 砂粒在井液冲刷及重力作用下顺利滑落至井底口袋，为此螺旋筋和斜丝笼套具有自清洗功 能；引流罩将滤砂管上方的含砂井液顺利引入斜丝笼套，而引流环将螺旋筋和斜丝上滑落 的砂粒顺利导出滤砂管，防止砂粒聚集，同时割缝管卡箍与引流罩间通过螺纹联接，使滤砂 管具有可拆卸性，方便滤砂管的更换或清洗；设计集砂管加管帽的结构可及时收集滤砂管 内腔室沉积的少量砂粒。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0023] 图1是根据本发明所提出的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管的典型结构简图。
[0024] 图2是螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管中导液流器的结构简图。
[0025] 图3是螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管中割缝管的结构简图。
[0026] 图4是螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管中螺旋筋的结构简图。
[0027] 图5是螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管中斜丝笼套的结构简图。
[0028] 图6是螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管中引流罩的俯视图。
[0029] 图7是螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管中引流环的仰视图。
[0030] 图8是螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管的防砂机理简图。
[0031] 图9是图8的A- A剖视图。
[0032] 图中1 -导液流器，2 -割缝管，3 -引流罩，4 -螺旋筋，5 -斜丝笼套，6 -引流 环，7 -集砂管，8 -管帽，9 一导液流罩，10 -导液流壳，11 一导液流轮，12 -轮杆，13 -上 接头，14 一卡箍，15 -管体，16 -割缝，17 -下接头，18 -丝缝。
【具体实施方式】
[0033] 在图1中，螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管依次由导液流器1、割缝管2、引流罩3、螺 旋筋4、斜丝笼套5、引流环6、集砂管7和管帽8组成。装配前，首先，将割缝管2的割缝、螺 旋筋4的筋体和斜丝笼套5的各斜丝清除毛刺然后清洗干净；接着，检查割缝管2内外表面 及割缝表面、螺旋筋4和斜丝笼套5表面涂覆层是否均匀以及是否存在缺陷；最后，检查导 液流器1的导液流壳与导液流罩间螺钉连接以及轮杆与导液流罩间螺纹联接是否牢固，割 缝管2上下接头和卡箍、引流罩3、集砂管7和管帽8的各螺纹是否存在缺陷，割缝管2卡箍 与管体焊缝结合处是否有松动或损伤。
[0034] 在图1中，螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管装配时，首先，将组装好的导液流器1导 液流壳嵌入割缝管2内环面顶部并通过过盈配合实现导液流器1与割缝管2间的固定；然 后，将轧制好的螺旋筋4螺旋缠绕于割缝管2外壁；接着，将斜丝笼套5的上端通过引流罩 3进行加固，同时下端通过引流环6进行加固，而内部通过螺旋筋4进行支撑；最后，将斜丝 笼套5通过引流罩3与割缝管2联接在一起，并依次将集砂管7与割缝管2下接头、集砂管 7间以及集砂管7和管帽8联接在一起。
[0035] 在图1中，螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管装配后，首先，旋松引流罩3处的螺纹，斜 丝笼套5应可以顺利拆卸和安装，螺旋筋4置于割缝管2管体外往复拉动，应轻快灵活无 阻滞；然后，检查斜丝笼套5与引流罩3、螺旋筋4以及引流环6焊缝结合处是否有松动或 损伤；接着，检查割缝管2与斜丝笼套5和集砂管7、集砂管7间以及集砂管7和管帽8间 各螺纹连接处有无松动、损伤和锈蚀；接着，在各焊缝结合处和螺纹连接处涂抹厌氧胶；最 后，检验合格后，集砂管7和管帽8的外表面应进行喷涂防锈漆等处理。
[0036] 在图1中，作业时，首先依次将抽油泵的泵筒和割缝斜丝滤砂管联接于油管柱下 端，然后用油管柱和辅助井下工具将泵筒和割缝斜丝滤砂管一起下入井筒并悬挂在井内产 出砂粒的层位，根据防砂要求设计集砂管7的高度和节数，总高度通常为100?500m。
[0037] 在图1中，检泵维修时，首先将割缝斜丝滤砂管随油管柱一起出井；然后打开集砂 管7和管帽8并清除其中沉积的砂粒；接着旋松引流罩3与割缝管2间螺纹，将斜丝笼套5 从割缝管2上拆卸下来；最后依次对斜丝笼套5丝缝、螺旋筋4缝隙和割缝管2割缝进行清 洗，顽固油污等污垢可用碱洗或者用洗油剂清洗，而水垢和锈渣等污垢，可用稀盐酸清洗。
[0038] 在图2中，导液流器1的导液流轮11与轮杆12杆体间通过过盈配合进行联接，并 通过轮杆12接头固定于导液流罩9下部；导液流罩9通过螺钉与导液流壳10进行联接；对 于固定后的导液流器1，导液流罩9上端面与割缝管2上接头的上端面平齐。导液流器1内 导液流轮11与导液流壳10配合后的井液流道呈变截面的环形结构，流道入口轴线与滤砂 管轴线平行，而流道出口与导液流罩9内的圆形弯道入口相吻合，导液流罩9弯道出口轴线 也与滤砂管轴线平行。
[0039] 在图3中，割缝管2通过上接头13及接箍与抽油泵的泵筒进行联接，并通过下接 头17与集砂管7进行联接；卡箍14通过焊接与管体15实现固定，并通过凹槽内螺纹与引 流罩3进行联接；割缝16在管体15上螺旋式布置，并在轴向上等间距排列，割缝16的宽度 依据井下工况和防砂要求进行优化选取。
[0040] 在图4中，螺旋筋4沿着割缝管2相邻割缝16的中间部位螺旋缠绕于管体15外， 螺旋筋4梯形截面的两边夹角设计为30°，梯形短边的一面朝向割缝管2。弹簧式螺旋筋4 的上下两侧分别割出切口，上切口与引流罩3而下切口与引流环6进行焊接来实现螺旋筋 4在斜丝笼套5内的定位。
[0041] 在图5中，所有斜丝沿螺旋筋4外环面垂向均匀排列形成倒圆锥体形的斜丝笼套 5,斜丝间的丝缝18宽度依据井下工况、防砂要求和割缝16的宽度进行设计，保证丝缝18 的宽度大于割缝16的宽度，并且斜丝在螺旋筋4上呈螺旋式布置。斜丝笼套5通过引流罩 3、螺旋筋4和引流环6的加固构成一个具有足够强度和刚度的整体。
[0042] 在图6中，引流罩3通过上凸台外螺纹与割缝管2的卡箍14实现联接，引流罩3下 凸台通过焊接与上端面切平的斜丝笼套5斜丝进行固定，引流罩3液槽口与斜丝笼套5丝 缝18的位置相对应，焊接后的引流罩3液槽口两侧面需保证与丝缝18的两侧面平齐。
[0043] 在图7中，引流环6与割缝管2管体15通过间隙配合进行联接，引流环6上凸台 通过焊接与下端面切平的斜丝笼套5斜丝进行固定，引流环6液槽口与斜丝笼套5丝缝18 的位置相对应，引流罩3液槽口、引流环6液槽口与丝缝18的两侧面需保证在同一平面上。
[0044] 在图8和图9中，割缝斜丝滤砂管的防砂机理是，地层产出液依次流经斜丝笼套5 丝缝18、螺旋筋4缝隙和割缝管2割缝16进入滤砂管内腔室，然后通过导液流器1流道提 速后流入抽油泵和油管并被举升至地面；同时砂粒在井液的携带下通过引流罩3切入割缝 斜丝滤砂管进行双重过滤，粒径大于丝缝18的砂粒被阻挡在倒圆锥体形斜丝笼套5外面， 并依靠自身重力作用及时沉积至井底口袋；而粒径大于割缝16的砂粒被阻挡在割缝管2与 斜丝笼套5间螺旋筋4的缝隙内，并在井液冲刷及重力的作用下顺利滑落，最终经由引流 环6落入井底口袋；而粒径小于割缝16的部分砂粒随产出液携带至滤砂管内腔室并经导 液流器1流道提速后排出井筒。滤砂过程中，落在螺旋式斜丝侧面上的砂粒依据斜丝笼套 5的自清洗功能，在井液冲刷及重力的作用下顺利滑落并经由引流环6落入井底口袋；井液 流量变化时，尤其对于流速较低的工况，滤砂管内腔室所产生的少量沉积砂粒经由割缝管2 下接头17内孔通道聚集于集砂管7。斜丝梯形截面、螺旋筋4梯形截面和相邻割缝16间管 体15扇形截面的两边夹角依次减小，分别设计为35°、30°和25°，以避免砂粒卡死在丝 缝18和割缝16内而发生堵塞，保证丝缝18和割缝16的自洁净作用。
【权利要求】
1. 一种螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，地层产出液依次流经斜丝笼套、螺旋筋和割缝 管的缝隙进入滤砂管，通过导液流器的提速后流入抽油泵；同时依据斜丝笼套和割缝管的 桥架作用实现双重滤砂功能，粒径大于丝缝的砂粒被阻挡在斜丝笼套外面，粒径大于割缝 的砂粒被阻挡在割缝管外面，而粒径较小的少量砂粒随产出液携带至滤砂管内，其特征在 于： 一导液流器；所述导液流器的导液流轮整体采用变截面的倒锥体，其轴向剖面外轮廓 线的下部呈下凹式的圆弧，而上部呈上凸式的圆弧，两圆弧结合处的法线重合；轮杆的杆体 外表面与导液流轮内环面过盈配合；导液流壳采用厚壁筒形结构，内表面的上部采用环形 结构，而下部采用变截面的流线型结构；导液流轮与导液流壳配合后的井液流道呈变截面 的环形结构，并且流道从入口至出口的截面面积逐渐减小；导液流罩内加工有圆形井液流 动弯道，保证导液流器入口和出口处井液流动方向一致，弯道直径等于导液流轮和导液流 壳间的井液流道出口宽度； 一割缝管；所述割缝管包括上下接头、卡箍和管体，卡箍采用环形圆板，内环面的下部 为一全环凹槽；管体上用刀具或者电火花等特种加工方式切割出螺旋线形的具有一定宽度 和密度的割缝，该螺旋线沿管体圆柱面等间距展开，螺旋线的展开线与割缝管轴线间的升 角小于65° ;各层面的割缝均匀布置，各层面间的割缝平行排列，割缝外窄内宽； 一螺旋筋；所述螺旋筋是通过轧制的方法形成一根等截面的丝筋，该丝筋沿着割缝管 上割缝的轮廓线螺旋缠绕于管体外壁，同时保证丝筋各部位均处于割缝管相邻割缝的中 间部位；螺旋筋螺旋线的升角也小于65°，螺旋线上相邻螺旋筋间形成缝隙的剖面外窄内 宽； 一斜丝笼套；所述斜丝笼套的所有斜丝沿割缝管轴线垂向放置并且沿螺旋筋弹簧式 外环面均匀排列，斜丝笼套的上下两端分别通过引流罩和引流环进行加固，而内部通过弹 簧式螺旋筋进行支撑；斜丝笼套上每根斜丝体的中线为沿螺旋筋弹簧式外环面展开的螺旋 线；每根斜丝均为通过轧制的方法形成等腰梯形的变截面丝体，斜丝梯形截面的高度沿螺 旋筋外环面向下逐渐降低；相邻斜丝间形成的丝缝剖面外窄内宽； 一引流罩和引流环；所述引流罩和引流环与割缝管间采用间隙配合，中部本体沿圆周 方向切有形状和大小相同的液槽口，所有液槽口均匀布置，槽口数等于斜丝笼套的斜丝根 数，同时每个液槽口的位置与丝缝一一对应；引流罩和引流环本体上的液槽口两侧面分别 与对应位置丝缝的两侧面平齐，同时液槽口上部端线为弧线，液槽口下部端线也为弧线； 一集砂管；所述集砂管采用圆筒形结构，母螺纹接头内部通道采用变截面的阶梯回转 体结构，管基体内环面直径等于割缝管管体的内径，公螺纹接头位于集砂管的最下部； 一管帽；所述管帽采用盲孔结构，外径等于集砂管母螺纹接头外径。
2. 根据权利要求1所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述导液流器 轮杆的杆肩上端面与导液流轮下端面相结合实现导液流轮定位，轮杆的杆头采用锥度为 60°的倒圆锥体； 所述导液流壳外环面直径等于割缝管内环面直径，并与割缝管过盈配合；导液流壳轴 向剖面内轮廓线与导液流轮剖面的外轮廓线相配合； 所述导液流罩外表面的上部采用变截面的圆柱形结构，中部采用锥度为60°的倒圆锥 体。
3. 根据权利要求1或2所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述导液 流器的导液流壳剖面内轮廓线的下部呈上凸式的圆弧，圆弧半径小于导液流轮剖面外轮廓 线的下圆弧半径；导液流壳内轮廓线的中部呈下凹式的圆弧，圆弧半径大于导液流轮外轮 廓线的上圆弧半径；导液流壳内轮廓线的上部呈下凹式的圆弧，圆弧半径小于内轮廓线中 部及下部圆弧半径；导液流壳内轮廓线各圆弧结合处的法线均重合。
4. 根据权利要求1或2所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述导液 流罩外表面上部的圆柱横截面直径小于导液流壳上部内环面直径，中部锥面与导液流轮和 导液流壳间的井液流道出口相吻合，下部圆柱横截面直径小于导液流轮上部凹槽的直径； 所述导液流罩内弯道沿圆周方向均匀布置，个数为8?12个；弯道入口位于导液流罩 外表面锥体的锥面上，而弯道出口则位于导液流罩的上端面。
5. 根据权利要求1所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述割缝管的 内外表面及割缝表面均涂覆超级双向不锈钢，卡箍与管体外壁通过圆周焊的方式进行联 接，卡箍槽壁上加工有密封性圆锥管螺纹，与其下部的引流罩进行联接； 所述管体上的割缝是沿着螺旋线所加工出来的具有特殊形状缝隙，割缝在轴向上等间 距排列；各层面的割缝数取150?300,割缝宽度取0. 30?0. 15mm ;相邻割缝间的管体剖面 呈扇形，扇形两边的夹角为25°，扇形小的弧面朝向割缝管轴线。
6. 根据权利要求1所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述螺旋筋选 用不锈钢并且涂覆双向不锈钢，螺旋筋螺旋线的展开线与滤砂管轴线间的升角等于割缝螺 旋线的升角，螺旋筋整体上呈现弹簧式外形，其内环面套于割缝管外，而外环面衬于斜丝笼 套内；螺旋筋的两侧切割出倒圆锥体形状的切口，切口处分别与其上部的引流罩和下部的 引流环进行焊接而实现螺旋筋的定位； 所述螺旋筋沿螺旋线方向的横截面为等腰梯形，梯形两边的夹角为30°，梯形短边的 一面朝向割缝管，并与管体外壁紧密配合。
7. 根据权利要求1所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述斜丝笼套 的材料选用不锈钢并且涂覆超级双向不锈钢，斜丝根数取120?220,斜丝间的丝缝宽度取 0. 75?0. 30mm ;所有均布的斜丝形成具有一定强度的斜丝笼套，斜丝和螺旋筋的每一个交 叉接触点均通过电阻焊按照单面角焊缝的方式进行焊接。
8. 根据权利要求1所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述斜丝笼套 上斜丝螺旋线的展开线与斜丝笼套横截面间的夹角为60?75°，远远大于落在斜丝侧面 上砂粒的摩擦角； 所述斜丝笼套外轮廓呈现V形的倒圆锥体，锥度取为1:100?1:20 ; 所述斜丝梯形截面的两斜边夹角为35°，梯形短边的一面朝向螺旋筋。
9. 根据权利要求1所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述引流罩上 凸台与割缝管卡箍下部的凹槽相配合； 所述引流罩液槽口上部弧线所在圆的直径等于割缝管卡箍外环面直径，而引流罩液槽 口下部弧线所在圆的直径等于引流罩下凸台外环面的直径； 所述引流罩下凸台的下端面采用圆锥体形结构，锥体的锥面与螺旋筋上侧的切口相平 齐。
10. 根据权利要求1所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述引流环上 凸台的上端面采用倒圆锥体形结构，锥体的锥面与螺旋筋下侧的切口相平齐； 所述引流环液槽口上部弧线所在圆的直径等于引流环上凸台外环面的直径，而引流环 液槽口下部弧线所在圆的直径等于引流环下凸台大端圆面的直径； 所述引流环下凸台采用倒圆锥体结构，锥体的锥度为30°，大于液槽口内部端面的斜 度。
【文档编号】E21B43/08GK203891849SQ201420244988
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】刘春花, 刘新福, 周超 申请人:中国石油大学(华东)