關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計。與常規設計的完井用割縫管相比，梯形縫加工更為困難，

關鍵詞：完井用割縫管;梯形縫;激光切割技術;加工

采用激光切割完井用割縫管是激光切割技術在石化行業中的典型應用之一。石油鉆探過程中，疏松地層防砂是油井完井和采油工程設計中最關鍵部分之一。一般是在管子的周邊加工大量細小的縫隙來阻擋大部分地砂層。激光切割的重要特點在于，它可以切割出外寬內窄或者外窄內寬的梯度型切縫，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《油管套管訂貨補充條件》的規定，適應各種要求。

“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，能夠滿足井下防砂的需要。不銹鋼絲具有抗酸、堿、鹽腐蝕，縫隙不會因為腐蝕而變寬。

沖縫（孔）筒式篩管的過濾套內部由基管（套、油管）支撐，具有足夠的整體強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，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，盡管鑲嵌在管體內并進行了兩次固定，但易脫落[1]。

2 復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動與激光切割頭水平移動的符合運動完成，加工過程中應始終保持激光切割頭豎直。套管的軸線應與切割頭光軸垂直相交，且在待加工割縫的端點定位激光切割頭，套管表面與切割頭噴嘴的距離調整到預定值。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的工藝調整值，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，應在切割頭上安裝一個切割頭噴嘴間隙跟蹤系統，距離發生偏離后及時調整。處于豎直位置的割縫的某一梯形面，想要穿透套管應采用脈沖打孔，然后換用連續波切割，切割方向是沿套管軸，但完成半個梯形面加工時，設計縫長應剛好被切割出來，如圖1（a）所示。按順時針旋轉套管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，切割環境因光軸是傾斜的而會發生一定的變化，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，遠遠超過常態激光切割的有限大，所以應對激光切割工藝參數進行重新調整。因為在倒梯形處是切縫斷面，所以梯形縫會有較為嚴重的渣堵，在漏斗形開口較大時縫腔內聚集的熔渣會進一步增多，對此應提高接渣裝置的規格并加強維護[3]。

3 切割效果

用激光切割機加工完井用割縫管梯形縫達到了較高的切割效果，梯形角達到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。在具體的應用中，割縫管的梯形縫結構表現出很強的“自潔”能力，很好地克服了矩形縫的砂堵問題，這是因為當砂粒進入到縫腔后很快就會被流體沖走，難以停留和聚集[4]。經過一段時間的使用，再次證明該篩管產量高、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 結束語

完井用割縫管的加工技術有很多，而激光切割技術最為常用，是完井用割縫管加工的發展方向，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為主，這也是本文僅從激光切割技術來論述完井用割縫管梯形縫的加工的重要原因。在應用激光切割技術來加工梯形縫時，還應根據具體的工程需要進行選擇，并盡可能確保激光切割質量缺陷。

參考文獻：

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

[2]嚴偉明.篩管梯形縫激光切割技術與光束偏擺隨動補償機構研發[D].揚州大學，2012.

[3]高福萬，陳靜，楊賀來，等.不銹鋼梯形縫篩管加工技術研究[J].機械制造，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，2013，48（3）：78-80.