臺階縫篩管加工技術(shù)

□ 陳 靜 □ 高福萬 □ 楊賀來

天津中杰科技發(fā)展有限公司 天津 300011

1 研究背景

在疏松砂巖油藏開采時,防止油井出砂,即油井防砂是重要任務(wù)。油井防砂主要采用機(jī)械防砂方法。機(jī)械防砂方法對地層適應(yīng)能力強(qiáng),成功率高,相對成本低,應(yīng)用十分廣泛。

割縫篩管是最常用的機(jī)械防砂篩管。相比其它防砂篩管,割縫篩管管縫同體,結(jié)構(gòu)簡單,施工方便,造價低。割縫篩管允許適當(dāng)彎曲,可用于水平井等彎曲井眼的完井和防砂[1-3]。

傳統(tǒng)的矩形縫割縫篩管管內(nèi)外縫寬相同,縫隙自潔性差,管內(nèi)外壓力降小,容易造成砂粒堵塞,進(jìn)而降低產(chǎn)能,并且縫口較寬,大于0.30 mm,不適應(yīng)粉細(xì)砂地層。

臺階縫篩管外縫窄而內(nèi)縫寬,能夠克服傳統(tǒng)矩形縫和梯形縫的缺點,可以提高篩管濾砂性能,延長使用壽命,更加適應(yīng)不同地層防砂的需要[4]。筆者對臺階縫篩管的加工技術(shù)進(jìn)行介紹。

2 加工方法

2.1 激光割縫+塑性成形

先用激光切割加工出寬臺階縫。寬臺階縫外縫寬度為0.30±0.05 mm,外縫深度不大于2.50 mm,內(nèi)梯形縫錐角為6°～13°,再塑性成形加工出窄臺階縫。寬臺階縫外縫寬度不小于0.10±0.05 mm。

2.2 銑刀割縫+塑性成形

先應(yīng)用銑刀切割加工出矩形縫。矩形縫的寬度為0.50±0.05 mm。再通過塑性成形方法加工出窄臺階縫。窄臺階縫的過渡梯形錐角為6°～12°,外縫寬度不小于 0.10±0.05 mm。

3 隨動塑性成形加工機(jī)床

筆者研制了隨動塑性成形加工機(jī)床,這一機(jī)床由床身、卡盤、支撐機(jī)構(gòu)、固定框架、活動框架、導(dǎo)軌、定壓頭、動壓頭、頂緊螺栓等組成[5-6],結(jié)構(gòu)如圖1所示。

將已經(jīng)切割出寬縫的篩管放至隨動塑性成形加工機(jī)床上,篩管一端由卡盤夾緊,另外一端由支撐機(jī)構(gòu)支撐,篩管中心線與機(jī)床回轉(zhuǎn)中心線重合。固定框架與活動框架套裝于篩管的外緣,定壓頭和動壓頭壓緊在篩管管體上。啟動機(jī)床,卡盤帶動篩管定軸轉(zhuǎn)動,緊貼在篩管外緣的活動框架與固定框架產(chǎn)生接觸,并對固定框架施加作用力矩,固定框架對活動框架施加反作用力矩。定壓頭和動壓頭對篩管上的縫隙進(jìn)行塑性成形加工。即使篩管管體圓度超差,活動框架也可以隨著篩管軸線變化改變篩管在平面內(nèi)的位置,同時定壓頭和動壓頭對篩管上縫隙施加的壓力不變,不受篩管管體圓度超差的影響。

▲圖1 隨動塑性成形加工機(jī)床結(jié)構(gòu)

固定框架可以沿機(jī)床導(dǎo)軌作平行于篩管的軸向移動,對整根篩管上的縫隙進(jìn)行塑性成形加工。即使篩管管體圓柱度超差,活動框架也可以隨彎就彎,隨著篩管軸線變化改變篩管在平面內(nèi)的位置,同時定壓頭和動壓頭對篩管上縫隙施加的壓力不變,不受篩管管體圓柱度超差的影響。

根據(jù)縫隙寬度的尺寸要求,擰動頂緊螺栓,可以調(diào)整動壓頭對篩管縫隙上的壓力。

塑性成形加工完畢,固定框架停止縱向移動,篩管停止轉(zhuǎn)動。應(yīng)用測量儀器檢測篩管縫隙寬度,如果大于圖紙要求的寬度,那么重復(fù)進(jìn)行上述塑性成形加工過程;如果達(dá)到圖紙要求的寬度,那么卸下篩管,加工過程結(jié)束。

在加工過程中可以更換不同形狀和結(jié)構(gòu)的定壓頭和動壓頭,對管體篩縫進(jìn)行擠壓、滾壓、碾壓運動,加工出外縫窄而內(nèi)縫寬,由各段直縫或曲縫連續(xù)銜接且呈擴(kuò)散狀的臺階縫。

4 過流性能比較臺架試驗

遼河油田鉆采院利用水平井篩管防砂模擬試驗裝置,分別對外縫寬0.25 mm的臺階縫篩管和縫寬0.35 mm的矩形縫篩管進(jìn)行對比試驗評價。試驗原理為,在相同的填充試驗砂和流量下,測試不同篩管的內(nèi)外兩側(cè)流量、壓差和出砂量,從而評價不同篩管的過流能力和擋砂性能。

臺階縫篩管和矩形縫篩管過流壓力隨時間變化曲線如圖2所示。由圖2可知,與相同尺寸的矩形縫篩管相比,臺階縫篩管內(nèi)外壓力損失小,過流能力強(qiáng)。

▲圖2 篩管過流壓力隨時間變化曲線

5 生產(chǎn)應(yīng)用

臺階縫篩管應(yīng)用于勝利油田東營河口埕南13-6高含水粉細(xì)砂油井、T4-P4裸眼水平井完井、J6-X24熱采井,尺寸為φ73.02 mm×5.51 mm、φ88.9 mm×6.45 mm,鋼級為N80-Q,外矩形縫寬為0.10～0.20 mm,外矩形縫深不小于2.0mm,內(nèi)梯形縫錐角為6°。

臺階縫篩管應(yīng)用于大港油田港西某井完井,尺寸為φ73.02 mm×5.51 mm,鋼級為J55,外矩形縫寬為0.25±0.05 mm,外矩形縫深不大于2.0 mm,內(nèi)梯形縫錐度為6°,縫長為80 mm,縫間距為20 mm。

臺階縫篩管應(yīng)用于新疆油田九7區(qū)塊完井生產(chǎn),尺寸為φ177.8 mm×8.05 mm,鋼級為TP90H,外矩形縫寬為0.3 mm,外矩形縫深不大于2.0 mm,內(nèi)梯形縫錐角為4°,縫長為80 mm,縱向縫間距為45 mm。

臺階縫篩管應(yīng)用于遼河油田杜84-興H32等油井生產(chǎn),一種尺寸為φ127 mm×9.19 mm,鋼級為TP110H,外矩形縫寬為0.25±0.05 mm,外矩形縫深不大于2 mm,內(nèi)梯形縫錐角為6°,縫長為45 mm,縫間距為30 mm,每圈縫數(shù)為30,另一種尺寸為φ177.8 mm×9.19 mm,鋼級為TP110H,外矩形縫寬為0.25±0.05 mm,外矩形縫深不大于2.0 mm,內(nèi)梯形縫錐角為6°,縫長為45 mm,縫間距為30 mm,每圈縫數(shù)為50。

6 結(jié)束語

臺階縫篩管外縫窄而內(nèi)縫寬,克服了傳統(tǒng)矩形縫和梯形縫的缺點,能夠提高篩管濾砂性能,延長使用壽命,更加適應(yīng)不同地層防砂的需要。

隨動成形加工方法可以高效率、高精度地對寬矩形縫或?qū)捥菪慰p進(jìn)行二次塑性成形加工,也可以對寬臺階縫篩管進(jìn)行二次塑性成形加工,使外縫寬度更窄。隨動成形機(jī)床加工出的篩管,篩縫寬度均勻一致,克服了由于毛坯套管或油管圓度、圓柱度超差造成篩縫寬度不一致的影響,省去了以往還要對成形加工后的篩管進(jìn)行二次修縫加工的環(huán)節(jié)。

水平井篩管防砂模擬試驗結(jié)果說明,對比相同幾何尺寸的矩形縫篩管,臺階縫篩管內(nèi)外壓力損失小,過流能力強(qiáng),有利于完井防砂。

多年的油田完井生產(chǎn)效果說明,臺階縫篩管具有四方面特點。

(1)性能好。縫型外窄內(nèi)寬,保留梯形縫自潔和矩形縫不易被磨蝕變寬的優(yōu)點,避免矩形縫容易被流砂堵塞出現(xiàn)砂卡的缺陷,同時避免梯形縫容易被磨蝕變寬、外縫尖銳、應(yīng)力集中、管體強(qiáng)度降低的缺陷。

(2)應(yīng)用范圍廣。臺階縫篩管加工精度高,外縫寬度不小于0.10 mm,能代替繞絲篩管、濾砂管,用于細(xì)粉砂井。

(3)造價低。盡管臺階縫篩管相比普通矩形縫篩管加工難度大,工序更為復(fù)雜,但是價格和矩形縫篩管相近。

(4)技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)。臺階縫篩管外矩形縫寬不小于0.10 mm,外矩形縫深不小于2.5 mm,內(nèi)梯形縫錐角為6°～13°。

臺階縫篩管塑性加工方法及裝備的研究項目于2013年10月15日通過天津市科委組織的科技成果鑒定會鑒定,獲得國際先進(jìn)水平的評價。