防砂篩管性能評(píng)價(jià)裝置方案研究

郉厚偉，麻惠杰，涂 東，王建寶

（1.渤海石油裝備（天津）中成機(jī)械制造有限公司，天津 300280；2.中國石油大港油田分公司采油四廠（灘海公司），天津 300280；3.中國石化西北油田分公司采油二廠開發(fā)研究所，新疆庫爾勒 841600）

0 引言

疏松礫石地層防砂篩管是主要的防砂工藝之一，維持油田正常生產(chǎn)的關(guān)鍵措施就是防止油層出砂[1]。防砂工藝技術(shù)為油田正常開發(fā)提供了有力支撐，現(xiàn)場應(yīng)用的防砂工藝裝置種類繁多，基本都要通過長期使用，才能分辨出針對(duì)不同的底層狀況相適應(yīng)的防砂篩管工藝。針對(duì)這種現(xiàn)狀開發(fā)出防砂篩管特性評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，能夠方便地對(duì)多種完井方式下的篩管試樣性能進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)。為完井篩管的結(jié)構(gòu)優(yōu)選與參數(shù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)的基礎(chǔ)和依據(jù)，后期新型防砂篩管的設(shè)計(jì)開發(fā)及現(xiàn)場應(yīng)用提供了一套測試方法[1，5]。

1 防砂篩管評(píng)價(jià)裝置研究目的

評(píng)價(jià)防砂篩管擋砂性能；評(píng)價(jià)防砂篩管抗堵塞能力；評(píng)價(jià)礫石充填防砂效果與礫石充填工藝參數(shù)之間（礫石充填層厚度、礫石粒度分布）的關(guān)系。

2 防砂篩管評(píng)價(jià)裝置工藝流程

該裝置主要由4 個(gè)主體工藝部分（混砂系統(tǒng)、泵砂系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)筒組、固液分離系統(tǒng)）和3 個(gè)輔助工藝部分（軟件控制系統(tǒng)、廢液回收系統(tǒng)、裝置保養(yǎng)維修系統(tǒng)）構(gòu)成。篩管評(píng)價(jià)裝置工藝流程如圖1 所示。

3 防砂篩管評(píng)價(jià)裝置系統(tǒng)組成

（1）混砂系統(tǒng)用來配置實(shí)驗(yàn)用液，并且提供既定濃度的均勻砂漿。主體由2 m3帶離心泵自循環(huán)的供液池（自循環(huán)管線上加裝負(fù)壓吸入粉末物質(zhì)的裝置），配胍膠液和2 個(gè)0.5 m3攪拌池組成。2 m3供液池采用8 mm 的不銹鋼制成，遠(yuǎn)程控制三通不銹鋼閥門控制砂漿泵供液方向。

（2）負(fù)壓吸入粉末裝置。采用多極文丘里管真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓將粉末吸入或利用噴射泵經(jīng)噴嘴后，在腔室內(nèi)產(chǎn)生的負(fù)壓將粉末吸入的方法，兩種裝置均可準(zhǔn)確、均勻加裝粉末。

圖1 篩管評(píng)價(jià)裝置工藝流程

（3）0.5 m3攪拌池。采用立式攪拌罐，頂部電驅(qū)攪拌器（材料304），錨式葉輪，罐體材料304，罐體尺寸Φ800×10 000 mm，壁厚6 mm，整機(jī)功率2.2 kW。

（4）均勻加砂裝置。采用水平或小角度可調(diào)JLS 型計(jì)量螺旋輸送機(jī)稱量系統(tǒng)向攪拌罐加砂，料倉加裝特殊稱重系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)添加計(jì)量的精確控制，輸送量0.5 m3/h。

（5）泵砂系統(tǒng)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的動(dòng)力來源，向?qū)嶒?yàn)筒組泵入實(shí)驗(yàn)流體。主要由雙柱塞式加砂泵組成，變頻控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可控制泵排量，最大工作排量可穩(wěn)定在2 m3/h，滿足砂漿濃度為0.2%（體積比）泵注要求，最大工作壓力20 MPa。泵出口管線裝有壓力變送器，泵吸入口裝有電磁流量計(jì)。

（6）實(shí)驗(yàn)筒組由實(shí)驗(yàn)筒支架和各實(shí)驗(yàn)筒構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)筒支架用來安裝連接各實(shí)驗(yàn)筒（滿足同時(shí)連接3 個(gè)實(shí)驗(yàn)筒并實(shí)驗(yàn)）；實(shí)驗(yàn)筒用來模擬不同的防砂方式（擋砂或充填）。

（7）評(píng)價(jià)篩管性能試驗(yàn)筒。采用9-5/8 in 不銹鋼套管作為試驗(yàn)筒，試驗(yàn)筒內(nèi)徑Φ220 mm，筒底采用帶內(nèi)套管扣并帶有凹十字卡槽的密封帽封堵。井口采用帶內(nèi)套管扣并附一組開式密封的密封帽封堵。進(jìn)、出液方式：180°相位對(duì)稱進(jìn)液，篩管中心管出液。試驗(yàn)井筒內(nèi)留有壓力監(jiān)測點(diǎn)，出液口管線裝有壓力變送器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥后裝有電磁流量計(jì)。試驗(yàn)井筒高約600 mm，進(jìn)液口中心距筒底400 mm。

（8）評(píng)價(jià)礫石充填效果試驗(yàn)筒。試驗(yàn)筒外筒內(nèi)徑分別為200 mm、240 mm，內(nèi)筒內(nèi)徑分別為124 mm、159 mm，筒底采用帶內(nèi)套管扣并帶有凹十字卡槽的密封帽封堵，充填篩管約定為0.5 m 長，一端采用帶內(nèi)套管扣并帶有凸十字卡槽的密封帽封堵，一端采用2-7/8 in 或3-1/2 in 平式油管扣。進(jìn)、出液方式：120°三相位進(jìn)液，每相位2 個(gè)進(jìn)液口，篩管上端出液。

內(nèi)筒螺旋布孔，孔徑10 mm，內(nèi)徑124 mm，內(nèi)筒200 孔/m，內(nèi)徑159 mm 內(nèi)筒300 孔/m，作為壓力檢測點(diǎn)位。兩內(nèi)筒并附Φ0.3 mm 不銹鋼網(wǎng)，出液口管線裝有壓力變送器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥后裝有電磁流量計(jì)。

（9）固液分離系統(tǒng)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程的末端，收集實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)出液，并可以循回至混砂系統(tǒng)中的配液池。同時(shí)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程切換收集單位體積帶砂產(chǎn)出液，經(jīng)過沉淀處理后，收集單位體積產(chǎn)出砂（圖2）。由6 級(jí)沉砂罐（每個(gè)沉砂罐0.15 m3）和一個(gè)1 m3的方罐組成?？墒占a(chǎn)出液，并可循環(huán)回混砂系統(tǒng)中的配液池。同時(shí)可根據(jù)需要收集單位體積帶砂產(chǎn)出液，經(jīng)沉淀處理后，收集單位產(chǎn)出砂，管線進(jìn)出閥均采用電控閥自動(dòng)控制。

圖2 固液分離系統(tǒng)

（10）軟件控制系統(tǒng)。用來控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程并采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成初步實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

（11）廢液回收系統(tǒng)?；厥諏?shí)驗(yàn)完成后配液池、固液分離系統(tǒng)中的液體。

（12）裝置維修保養(yǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以滿足實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員經(jīng)過簡單操作即可對(duì)實(shí)驗(yàn)各流程單元進(jìn)行拆卸、保養(yǎng)維護(hù)、更換等操作。

4 防砂篩管評(píng)價(jià)裝置系統(tǒng)功能及參數(shù)

混砂系統(tǒng)2 m3供液池用來配實(shí)驗(yàn)用攜砂液，并且通過三通閘門控制（手動(dòng)或遠(yuǎn)程控制）向攪拌池供液；0.5 m3攪拌池用來混砂，由三通控制（手動(dòng)或遠(yuǎn)程控制）分別向泵砂系統(tǒng)供砂漿。泵砂系統(tǒng)主要由加砂工作泵（柱塞泵）構(gòu)成，工作泵最大工作排量穩(wěn)定在2 m3/h 并且變頻控制；滿足砂漿濃度為0.2%（體積比）泵注要求，其中砂粒粒徑在0～1 mm；工作壓力≤20 MPa。

實(shí)驗(yàn)井筒組主體由評(píng)價(jià)篩管性能實(shí)驗(yàn)筒、礫石充填效果實(shí)驗(yàn)筒（2 個(gè)）并聯(lián)組成。3 個(gè)實(shí)驗(yàn)筒固定在基座支架上，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康碾S時(shí)切換實(shí)驗(yàn)筒。

4.1 評(píng)價(jià)篩管性能實(shí)驗(yàn)筒

（1）尺寸范圍。實(shí)驗(yàn)筒內(nèi)壁直徑220 mm，高度根據(jù)篩管試件長度以及實(shí)驗(yàn)筒上下附件優(yōu)化設(shè)計(jì)（長度為0.5 m 的篩管試件，其中篩管試件一端封閉，一端是2-7/8 in、3-7/8 in、4 in、5-1/2 in、7 in平式扣）。

（2）進(jìn)液、出液方式。180°對(duì)稱進(jìn)液，上端出液。

（3）其他。實(shí)驗(yàn)筒內(nèi)有壓力檢測點(diǎn)。

4.2 評(píng)價(jià)礫石充填效果實(shí)驗(yàn)筒

（1）尺寸范圍。外筒內(nèi)壁直徑分別為Φ200 mm、Φ240 mm，內(nèi)筒內(nèi)壁直徑分別為124 mm、159 mm，充填篩管長0.5 m，其中篩管試件一端封閉，一端是2-7/8 n 或3-1/2 in 平式油管扣。

（2）進(jìn)液、出液方式。120°3 相位，每相位2 進(jìn)液口，實(shí)現(xiàn)均勻進(jìn)液，上端出液。

（3）其他。壓力檢測點(diǎn)，內(nèi)筒螺旋布孔，孔徑10 mm，孔密：每米200 孔（內(nèi)直徑124 mm）、300 孔（內(nèi)直徑159 mm）。內(nèi)筒附一層Φ0.3 mm 不銹鋼網(wǎng)，篩管試件密閉端和實(shí)驗(yàn)筒底采用十字卡槽固定居中。

固液分離系統(tǒng)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程的末端，收集實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)出液，經(jīng)過沉淀處理后，收集單位體積產(chǎn)出砂，壓力0～20 MPa；壓力測量精度±0.1%FS；流量0～2 m3/h；流量測量精度±0.5%FS（可根據(jù)要求提高）。

5 應(yīng)用結(jié)論

防砂篩管評(píng)價(jià)裝置2017 年配置完成，制造過程中對(duì)測試精度及設(shè)備配置進(jìn)行了調(diào)整。邀請(qǐng)各大油田專家及當(dāng)?shù)刭|(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對(duì)防砂篩管的性能評(píng)價(jià)過程依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了驗(yàn)收，工藝流程布置、設(shè)備配置、控制先進(jìn)水平、測試精度、測試范圍（動(dòng)力、流量）、測試安裝方便，以及節(jié)能減排等方面都達(dá)到了國內(nèi)同行業(yè)較高水平。近幾年先后進(jìn)行了多種參數(shù)配比實(shí)驗(yàn)，多種規(guī)格防砂篩管性能實(shí)驗(yàn)，并設(shè)置模擬不同地層工況進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。同后期的現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)比較，基本可以體現(xiàn)和模擬出防砂篩管的性能，測試結(jié)果得到了防砂篩管生產(chǎn)企業(yè)的認(rèn)可。為企業(yè)技術(shù)升級(jí)，產(chǎn)品改進(jìn)提供了非常準(zhǔn)確的第一手現(xiàn)場數(shù)據(jù)依據(jù)。