聚驅(qū)泵下新型防砂篩管研制及應用

萬發(fā)慶

摘 要：隨著壓裂加砂規(guī)模的擴大及注聚開發(fā)的不斷深入，部分聚驅(qū)壓裂井投產(chǎn)后出現(xiàn)砂卡問題，而普通的防砂篩管只能用于水驅(qū)油井。因此，開展聚驅(qū)泵下新型防砂篩管研制，利用篩管堵塞后的管內(nèi)外壓差驅(qū)動刮刀機構清除堵塞物，解決了防砂篩管堵塞問題，從而提高聚驅(qū)采油井防砂成功率，減少砂卡檢泵。累計現(xiàn)場應用聚驅(qū)新型防砂篩管5口井，截至目前，平均有效期137d，均未出現(xiàn)砂卡問題，取得了顯著的應用效果。

關鍵詞：聚驅(qū)壓裂;砂卡;防砂篩管;刮刀機構

1 聚驅(qū)泵下新型防砂篩管研制

1.1 新型防砂篩管結構及工作原理

因防砂篩管的進液孔道小，而聚驅(qū)油井采出液粘度大，很容易發(fā)生堵塞，所以研制適用于聚驅(qū)井的防砂篩管，主要是解決防砂篩管的堵塞問題。要清除堵塞物，就需要有動力源，而防砂篩管應用于泵下，難以取得外部動力。通過調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)篩管堵塞后所形成的管內(nèi)外壓差可做為動力源，利用該壓差拖動相關機構清除堵塞，且下泵后不需進行額外施工，應用簡單方便。在總體結構布局上，分為動力源和篩管總成兩部分，上部為動力源液缸，下部為篩管總成。

液缸由內(nèi)外殼體和活塞組成，外殼體與內(nèi)外殼體之間形成活塞腔，其中內(nèi)殼體為中心管，側壁有傳壓孔與液缸腔體相通，液缸下端與篩管主體連接?；钊麨榄h(huán)形，設計行程200mm，其下與刀架筒連接。刀架筒是由厚壁管經(jīng)開窗制成，每節(jié)篩管刀架筒的內(nèi)壁上焊接12個環(huán)形刮刀，刮刀橫截面為梯形，外窄內(nèi)寬，刮刀的內(nèi)表面貼在篩管主體的外壁上。刮刀材料選用40Cr，經(jīng)熱處理達到較高的硬度及耐磨性。

這樣在工作狀態(tài)上，篩管就形成了靜體和動體兩部分，靜體由液缸和篩管主體組成;動體由液缸活塞和刀架筒組成。當篩管被堵塞后，會形成較大的管內(nèi)外壓差，該壓差會推動活塞，從而帶動刮刀上行。由于割縫篩管縫口設計為外窄內(nèi)寬，篩管表面的滯留物在刮刀的推動下落入篩管下部，從而解除堵塞。當堵塞物被刮除后管內(nèi)壓力升高，活塞和刀架總成就會在重力以及壓力的作用下回落，完成一個刮削行程。

1.2 相關技術指標

篩管主體和刀架均設計為多節(jié)連接，方便加工和運輸?shù)炔僮?，同時也有利于根據(jù)排液量的需要，通過不同的篩管節(jié)數(shù)，調(diào)控篩管過流面積。在使用一節(jié)篩管的情況下，工具總長3870mm，工具最大外徑112mm。每節(jié)篩管長3000mm，其中割縫段總長2780mm，每節(jié)12個刮刀，刮刀間距230mm，其中刮刀寬30mm，刮刀運行距離200mm，12個刮刀運行覆蓋總長度2760mm，運行長度達到割縫長度的99%，割縫段基本達到全覆蓋。

篩管運動件自重112kg：活塞+刀架筒+刮刀+刀架筒接頭=5831+44964×2+340×24+1998×4=111911g≈112kg?；钊草S向承壓面積為26.7cm2，通過計算：P=F/S=112×9.8/26.7×10-4=0.419MPa，在不計運行阻力的情況下，僅需0.419MPa管內(nèi)外壓差即可啟推動刮刀。

篩管主體為割縫油管，割縫呈6度角外窄里寬，每米管長過流面積可達7200mm2。目前我廠應用的最大抽油泵型為83泵，該規(guī)格泵的游動閥流通截面積是1320mm2，其局部阻力系數(shù)為0.40，而防砂篩管阻力系數(shù)為3.50，兩者之比為8.75，即在同樣的流量下，防砂篩管的過流面積至少要達到游動閥孔口的8.75倍。因此，需要的防砂篩管的最小過流面積應為1320×8.75=11550mm2。防砂篩管單節(jié)過流面積為7200×3=21600mm2，遠大于所需最小面積。

2 室內(nèi)檢測試驗

2.1 室內(nèi)自檢

為檢驗防砂篩管使用性能，在完成試制后開展了室內(nèi)實驗，主要檢測內(nèi)容：一是在模擬聚驅(qū)油井井下條件下，檢驗動體上行所需要的實際管內(nèi)外壓差;二是檢驗刮刀機構是否能靠自重克服阻力順利下落。具體做法：在割縫篩管外涂抹壓裂砂、聚合物及泥沙的混合物，模擬篩管被堵的條件，在刀架筒上端連接觀察桿，工具裝入實驗套管后觀察桿外露于套管上端，便于觀察刮刀上行位置。對環(huán)空打壓，加壓到0.6MPa時，觀察桿上升到位，放掉壓力后觀察桿隨即落回，說明該防砂篩管運動機構切實可行。

2.2 權威機構檢測

由中國石油天然氣股份有限公司采油工程產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對工具進行檢測，各項指標達到合同要求。聚驅(qū)泵下新型防砂篩管達到設計要求，具備了現(xiàn)場試驗條件。

3 現(xiàn)場應用情況

為驗證篩管防砂效果，累計現(xiàn)場應用聚驅(qū)新型防砂篩管5口井，截至目前，平均有效期144d，均未出現(xiàn)砂卡問題。為確保篩管過流能力滿足生產(chǎn)需要，5口試驗井均下入兩級防砂篩管，壓裂措施后，初期平均液面深度189m，目前平均液面深度645m，說明兩級篩管可滿足其生產(chǎn)需要，未出現(xiàn)因篩管堵塞而導致的供液不足現(xiàn)象，取得了顯著的應用效果。

4 結論及認識

①利用篩管堵塞后的管內(nèi)外壓差驅(qū)動刮刀機構清除堵塞物，解決了防砂篩管堵塞問題，且不需人工干預，作業(yè)施工時隨泵下井即可，不增加作業(yè)工序，應用簡單;②聚驅(qū)泵下新型防砂篩管的研制可以充分解決聚驅(qū)井篩管易堵塞這一問題，從而提高聚驅(qū)采油井防砂成功率，減少砂卡檢泵，保證了壓裂措施效果，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

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