聚驅泵下新型防砂篩管研制及應用

萬發慶

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

關鍵詞：聚驅壓裂;砂卡;防砂篩管;刮刀機構

1 聚驅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，而聚驅油井采出液粘度大，很容易發生堵塞，所以研制適用于聚驅井的防砂篩管，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。通過調研分析，發現篩管堵塞后所形成的管內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。

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

這樣在工作狀態上，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連接，方便加工和運輸等操作，同時也有利于根據排液量的需要，通過不同的篩管節數，調控篩管過流面積。在使用一節篩管的情況下，工具總長3870mm，工具最大外徑112mm。每節篩管長3000mm，其中割縫段總長2780mm，每節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。活塞筒軸向承壓面積為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，該規格泵的游動閥流通截面積是1320mm2，其局部阻力系數為0.40，而防砂篩管阻力系數為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。防砂篩管單節過流面積為7200×3=21600mm2，遠大于所需最小面積。

2 室內檢測試驗

2.1 室內自檢

為檢驗防砂篩管使用性能，在完成試制后開展了室內實驗，主要檢測內容：一是在模擬聚驅油井井下條件下，檢驗動體上行所需要的實際管內外壓差;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品質量監督檢驗中心對工具進行檢測，各項指標達到合同要求。聚驅泵下新型防砂篩管達到設計要求，具備了現場試驗條件。

3 現場應用情況

為驗證篩管防砂效果，累計現場應用聚驅新型防砂篩管5口井，截至目前，平均有效期144d，均未出現砂卡問題。為確保篩管過流能力滿足生產需要，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需要，未出現因篩管堵塞而導致的供液不足現象，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外壓差驅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，作業施工時隨泵下井即可，不增加作業工序，應用簡單;②聚驅泵下新型防砂篩管的研制可以充分解決聚驅井篩管易堵塞這一問題，從而提高聚驅采油井防砂成功率，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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[2]于輝莉.割縫篩管充填防砂技術現場試驗應用[J].內蒙古石油化工，2009，35（12）：107-108.