防砂篩管性能評價裝置方案研究

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，維持油田正常生產的關鍵措施就是防止油層出砂[1]。防砂工藝技術為油田正常開發提供了有力支撐，現場應用的防砂工藝裝置種類繁多，基本都要通過長期使用，才能分辨出針對不同的底層狀況相適應的防砂篩管工藝。針對這種現狀開發出防砂篩管特性評價試驗裝置，能夠方便地對多種完井方式下的篩管試樣性能進行評價試驗。為完井篩管的結構優選與參數設計提供科學的基礎和依據，后期新型防砂篩管的設計開發及現場應用提供了一套測試方法[1，5]。

1 防砂篩管評價裝置研究目的

評價防砂篩管擋砂性能；評價防砂篩管抗堵塞能力；評價礫石充填防砂效果與礫石充填工藝參數之間（礫石充填層厚度、礫石粒度分布）的關系。

2 防砂篩管評價裝置工藝流程

該裝置主要由4 個主體工藝部分（混砂系統、泵砂系統、實驗筒組、固液分離系統）和3 個輔助工藝部分（軟件控制系統、廢液回收系統、裝置保養維修系統）構成。篩管評價裝置工藝流程如圖1 所示。

3 防砂篩管評價裝置系統組成

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

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

圖1 篩管評價裝置工藝流程

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

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

（5）泵砂系統是整個實驗裝置的動力來源，向實驗筒組泵入實驗流體。主要由雙柱塞式加砂泵組成，變頻控制電機驅動，可控制泵排量，最大工作排量可穩定在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。

（6）實驗筒組由實驗筒支架和各實驗筒構成，實驗筒支架用來安裝連接各實驗筒（滿足同時連接3 個實驗筒并實驗）；實驗筒用來模擬不同的防砂方式（擋砂或充填）。

（7）評價篩管性能試驗筒。采用9-5/8 in 不銹鋼套管作為試驗筒，試驗筒內徑Φ220 mm，筒底采用帶內套管扣并帶有凹十字卡槽的密封帽封堵。井口采用帶內套管扣并附一組開式密封的密封帽封堵。進、出液方式：180°相位對稱進液，篩管中心管出液。試驗井筒內留有壓力監測點，出液口管線裝有壓力變送器、電動調節閥，電動調節閥后裝有電磁流量計。試驗井筒高約600 mm，進液口中心距筒底400 mm。

（8）評價礫石充填效果試驗筒。試驗筒外筒內徑分別為200 mm、240 mm，內筒內徑分別為124 mm、159 mm，筒底采用帶內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、出液方式：120°三相位進液，每相位2 個進液口，篩管上端出液。

內筒螺旋布孔，孔徑10 mm，內徑124 mm，內筒200 孔/m，內徑159 mm 內筒300 孔/m，作為壓力檢測點位。兩內筒并附Φ0.3 mm 不銹鋼網，出液口管線裝有壓力變送器、電動調節閥，電動調節閥后裝有電磁流量計。

（9）固液分離系統是整個實驗流程的末端，收集實驗過程中產出液，并可以循回至混砂系統中的配液池。同時可以根據實驗進程切換收集單位體積帶砂產出液，經過沉淀處理后，收集單位體積產出砂（圖2）。由6 級沉砂罐（每個沉砂罐0.15 m3）和一個1 m3的方罐組成。可收集產出液，并可循環回混砂系統中的配液池。同時可根據需要收集單位體積帶砂產出液，經沉淀處理后，收集單位產出砂，管線進出閥均采用電控閥自動控制。

圖2 固液分離系統

（10）軟件控制系統。用來控制整個實驗過程并采集實驗數據，形成初步實驗報告。

（11）廢液回收系統。回收實驗完成后配液池、固液分離系統中的液體。

（12）裝置維修保養系統。該系統可以滿足實驗技術人員經過簡單操作即可對實驗各流程單元進行拆卸、保養維護、更換等操作。

4 防砂篩管評價裝置系統功能及參數

混砂系統2 m3供液池用來配實驗用攜砂液，并且通過三通閘門控制（手動或遠程控制）向攪拌池供液；0.5 m3攪拌池用來混砂，由三通控制（手動或遠程控制）分別向泵砂系統供砂漿。泵砂系統主要由加砂工作泵（柱塞泵）構成，工作泵最大工作排量穩定在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。

實驗井筒組主體由評價篩管性能實驗筒、礫石充填效果實驗筒（2 個）并聯組成。3 個實驗筒固定在基座支架上，可根據實驗目的隨時切換實驗筒。

4.1 評價篩管性能實驗筒

（1）尺寸范圍。實驗筒內壁直徑220 mm，高度根據篩管試件長度以及實驗筒上下附件優化設計（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）進液、出液方式。180°對稱進液，上端出液。

（3）其他。實驗筒內有壓力檢測點。

4.2 評價礫石充填效果實驗筒

（1）尺寸范圍。外筒內壁直徑分別為Φ200 mm、Φ240 mm，內筒內壁直徑分別為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）進液、出液方式。120°3 相位，每相位2 進液口，實現均勻進液，上端出液。

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

固液分離系統是整個實驗流程的末端，收集實驗過程中產出液，經過沉淀處理后，收集單位體積產出砂，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（可根據要求提高）。

5 應用結論

防砂篩管評價裝置2017 年配置完成，制造過程中對測試精度及設備配置進行了調整。邀請各大油田專家及當地質量技術監督局對防砂篩管的性能評價過程依據標準進行了驗收，工藝流程布置、設備配置、控制先進水平、測試精度、測試范圍（動力、流量）、測試安裝方便，以及節能減排等方面都達到了國內同行業較高水平。近幾年先后進行了多種參數配比實驗，多種規格防砂篩管性能實驗，并設置模擬不同地層工況進行性能評價。同后期的現場應用數據比較，基本可以體現和模擬出防砂篩管的性能，測試結果得到了防砂篩管生產企業的認可。為企業技術升級，產品改進提供了非常準確的第一手現場數據依據。