關(guān)于完井用割縫管梯形縫加工研究

何坤元

摘 要：受篇幅的限制，本文僅從激光切割技術(shù)來論述完井用割縫管梯形縫的加工。在完井用割縫管的加工中，激光切割技術(shù)最為常用，為了克服矩形縫易砂堵的弊端，完井用割縫管開始了梯形縫的設(shè)計(jì)。與常規(guī)設(shè)計(jì)的完井用割縫管相比，梯形縫加工更為困難，

關(guān)鍵詞：完井用割縫管;梯形縫;激光切割技術(shù);加工

采用激光切割完井用割縫管是激光切割技術(shù)在石化行業(yè)中的典型應(yīng)用之一。石油鉆探過程中，疏松地層防砂是油井完井和采油工程設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵部分之一。一般是在管子的周邊加工大量細(xì)小的縫隙來阻擋大部分地砂層。激光切割的重要特點(diǎn)在于，它可以切割出外寬內(nèi)窄或者外窄內(nèi)寬的梯度型切縫，使完井用割縫管具有更好的性能。

1 割縫管的性能與規(guī)格

割縫篩管：割縫篩管按用途可分兩大類：即石油割縫管和采水割縫管，分別采用各種鋼級管材。符合APISpec5CT及中國石油物資裝備總公司《油管套管訂貨補(bǔ)充條件》的規(guī)定，適應(yīng)各種要求。

“PRS”篩管（“PRS”篩管包括：繞絲筒式篩管、直繞絲式篩管、沖縫（孔）筒式篩管）。

繞絲篩管的縫隙可以在基管（油、套管）上精確的任意纏繞，縫寬可以控制在0.15-0.5±0.05㎜以內(nèi)，能夠滿足井下防砂的需要。不銹鋼絲具有抗酸、堿、鹽腐蝕，縫隙不會因?yàn)楦g而變寬。

沖縫（孔）筒式篩管的過濾套內(nèi)部由基管（套、油管）支撐，具有足夠的整體強(qiáng)度抵抗地層的擠壓變形，即使變形，受壓部位的縫隙也不會增大，克服了沖縫篩管在受外部擠壓時，受壓部位在外力的作用下使縫隙減小或閉合的缺點(diǎn)，因此防砂可靠性高。

鑲嵌式篩管：鑲嵌式篩管的篩件是采用特殊材料鑄成的，所以縫隙較小而且分布均勻，盡管鑲嵌在管體內(nèi)并進(jìn)行了兩次固定，但易脫落[1]。

2 復(fù)合變位法激光加工梯形縫的方法

梯形縫加工主要是通過套管轉(zhuǎn)動與激光切割頭水平移動的符合運(yùn)動完成，加工過程中應(yīng)始終保持激光切割頭豎直。套管的軸線應(yīng)與切割頭光軸垂直相交，且在待加工割縫的端點(diǎn)定位激光切割頭，套管表面與切割頭噴嘴的距離調(diào)整到預(yù)定值。加工時以δ的距離向左平移切割頭（δ=Dsinα/2+△，式中△是一個與激光光斑直徑、套管壁厚等因素相關(guān)的工藝調(diào)整值，可在具體操作中確定[2];D是套管外徑），如圖1所示。為了確保套管表面與噴嘴的距離恒定，應(yīng)在切割頭上安裝一個切割頭噴嘴間隙跟蹤系統(tǒng)，距離發(fā)生偏離后及時調(diào)整。處于豎直位置的割縫的某一梯形面，想要穿透套管應(yīng)采用脈沖打孔，然后換用連續(xù)波切割，切割方向是沿套管軸，但完成半個梯形面加工時，設(shè)計(jì)縫長應(yīng)剛好被切割出來，如圖1（a）所示。按順時針旋轉(zhuǎn)套管2a（2a與梯形縫錐度等大），以2δ的距離向左平移切割頭，然后完成另半個梯形面的加工，切割方向沿回程，如圖1（b）所示，繼而完成整個梯形縫的加工。

值得注意的是：在加工第二個半梯形縫時，第一次已切出的傾斜的切割面上可見到照射到的激光，切割環(huán)境因光軸是傾斜的而會發(fā)生一定的變化，且輔助氣體因非對稱的氣壓而流向傾斜面的下方，這個流量較為巨大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常態(tài)激光切割的有限大，所以應(yīng)對激光切割工藝參數(shù)進(jìn)行重新調(diào)整。因?yàn)樵诘固菪翁幨乔锌p斷面，所以梯形縫會有較為嚴(yán)重的渣堵，在漏斗形開口較大時縫腔內(nèi)聚集的熔渣會進(jìn)一步增多，對此應(yīng)提高接渣裝置的規(guī)格并加強(qiáng)維護(hù)[3]。

3 切割效果

用激光切割機(jī)加工完井用割縫管梯形縫達(dá)到了較高的切割效果，梯形角達(dá)到0-40°，縫寬不低于0.15±0.05mm，切割面粗糙度低于63μm，熱影響硬化層的硬度不低于HV800厚度不低于0.3mm，極大地增加了割縫管的耐腐蝕性和耐磨性，提高了使用周期。在具體的應(yīng)用中，割縫管的梯形縫結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出很強(qiáng)的“自潔”能力，很好地克服了矩形縫的砂堵問題，這是因?yàn)楫?dāng)砂粒進(jìn)入到縫腔后很快就會被流體沖走，難以停留和聚集[4]。經(jīng)過一段時間的使用，再次證明該篩管產(chǎn)量高、成本低、流壓損失小、壽命長，極大地提升了石油開采的技術(shù)水平和效益。圖2是激光切割好的割縫篩管梯形縫，在軸向上同一參數(shù)有兩條縫，一條是斷面縫，一條是整縫。斷面上有兩條最窄縫，均是0°，最大梯形角為40°。

4 結(jié)束語

完井用割縫管的加工技術(shù)有很多，而激光切割技術(shù)最為常用，是完井用割縫管加工的發(fā)展方向，由于梯形縫加工較為困難，所以完井用割縫管梯形縫的加工更是多以激光切割技術(shù)為主，這也是本文僅從激光切割技術(shù)來論述完井用割縫管梯形縫的加工的重要原因。在應(yīng)用激光切割技術(shù)來加工梯形縫時，還應(yīng)根據(jù)具體的工程需要進(jìn)行選擇，并盡可能確保激光切割質(zhì)量缺陷。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳靜，楊賀來.梯形縫割縫篩管激光加工技術(shù)及裝備[J].機(jī)械制造，2010，48（8）：45-47.

[2]嚴(yán)偉明.篩管梯形縫激光切割技術(shù)與光束偏擺隨動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)研發(fā)[D].揚(yáng)州大學(xué)，2012.

[3]高福萬，陳靜，楊賀來，等.不銹鋼梯形縫篩管加工技術(shù)研究[J].機(jī)械制造，2014，52（7）：56-57.

[4]周鵬飛，洪超，胡金龍，等.一種篩管梯形縫的激光切割方法[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，48（3）：78-80.