聚驱泵下新型防砂筛管研制及应用
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摘 要：随着压裂加砂规模的扩大及注聚开发的不断深入，部分聚驱压裂井投产后出现砂卡问题，而普通的防砂筛管只能用于水驱油井。因此，开展聚驱泵下新型防砂筛管研制，利用筛管堵塞后的管内外压差驱动刮刀机构清除堵塞物，解决了防砂筛管堵塞问题，从而提高聚驱采油井防砂成功率，减少砂卡检泵。累计现场应用聚驱新型防砂筛管5口井，截至目前，平均有效期137d，均未出现砂卡问题，取得了显著的应用效果。
关键词：聚驱压裂;砂卡;防砂筛管;刮刀机构
1 聚驱泵下新型防砂筛管研制
1.1 新型防砂筛管结构及工作原理
因防砂筛管的进液孔道小，而聚驱油井采出液粘度大，很容易发生堵塞，所以研制适用于聚驱井的防砂筛管，主要是解决防砂筛管的堵塞问题。要清除堵塞物，就需要有动力源，而防砂筛管应用于泵下，难以取得外部动力。通过调研分析，发现筛管堵塞后所形成的管内外压差可做为动力源，利用该压差拖动相关机构清除堵塞，且下泵后不需进行额外施工，应用简单方便。在总体结构布局上，分为动力源和筛管总成两部分，上部为动力源液缸，下部为筛管总成。
液缸由内外壳体和活塞组成，外壳体与内外壳体之间形成活塞腔，其中内壳体为中心管，侧壁有传压孔与液缸腔体相通，液缸下端与筛管主体连接。活塞为环形，设计行程200mm，其下与刀架筒连接。刀架筒是由厚壁管经开窗制成，每节筛管刀架筒的内壁上焊接12个环形刮刀，刮刀横截面为梯形，外窄内宽，刮刀的内表面贴在筛管主体的外壁上。刮刀材料选用40Cr，经热处理达到较高的硬度及耐磨性。
这样在工作状态上，筛管就形成了静体和动体两部分，静体由液缸和筛管主体组成;动体由液缸活塞和刀架筒组成。当筛管被堵塞后，会形成较大的管内外压差，该压差会推动活塞，从而带动刮刀上行。由于割缝筛管缝口设计为外窄内宽，筛管表面的滞留物在刮刀的推动下落入筛管下部，从而解除堵塞。当堵塞物被刮除后管内压力升高，活塞和刀架总成就会在重力以及压力的作用下回落，完成一个刮削行程。
1.2 相关技术指标
筛管主体和刀架均设计为多节连接，方便加工和运输等操作，同时也有利于根据排液量的需要，通过不同的筛管节数，调控筛管过流面积。在使用一节筛管的情况下，工具总长3870mm，工具最大外径112mm。每节筛管长3000mm，其中割缝段总长2780mm，每节12个刮刀，刮刀间距230mm，其中刮刀宽30mm，刮刀运行距离200mm，12个刮刀运行覆盖总长度2760mm，运行长度达到割缝长度的99%，割缝段基本达到全覆盖。
筛管运动件自重112kg：活塞+刀架筒+刮刀+刀架筒接头=5831+44964×2+340×24+1998×4=111911g≈112kg。活塞筒轴向承压面积为26.7cm2，通过计算：P=F/S=112×9.8/26.7×10-4=0.419MPa，在不计运行阻力的情况下，仅需0.419MPa管内外压差即可启推动刮刀。
筛管主体为割缝油管，割缝呈6度角外窄里宽，每米管长过流面积可达7200mm2。目前我厂应用的最大抽油泵型为83泵，该规格泵的游动阀流通截面积是1320mm2，其局部阻力系数为0.40，而防砂筛管阻力系数为3.50，两者之比为8.75，即在同样的流量下，防砂筛管的过流面积至少要达到游动阀孔口的8.75倍。因此，需要的防砂筛管的最小过流面积应为1320×8.75=11550mm2。防砂筛管单节过流面积为7200×3=21600mm2，远大于所需最小面积。
2 室内检测试验
2.1 室内自检
为检验防砂筛管使用性能，在完成试制后开展了室内实验，主要检测内容：一是在模拟聚驱油井井下条件下，检验动体上行所需要的实际管内外压差;二是检验刮刀机构是否能靠自重克服阻力顺利下落。具体做法：在割缝筛管外涂抹压裂砂、聚合物及泥沙的混合物，模拟筛管被堵的条件，在刀架筒上端连接观察杆，工具装入实验套管后观察杆外露于套管上端，便于观察刮刀上行位置。对环空打压，加压到0.6MPa时，观察杆上升到位，放掉压力后观察杆随即落回，说明该防砂筛管运动机构切实可行。
2.2 权威机构检测
由中国石油天然气股份有限公司采油工程产品质量监督检验中心对工具进行检测，各项指标达到合同要求。聚驱泵下新型防砂筛管达到设计要求，具备了现场试验条件。
3 现场应用情况
为验证筛管防砂效果，累计现场应用聚驱新型防砂筛管5口井，截至目前，平均有效期144d，均未出现砂卡问题。为确保筛管过流能力满足生产需要，5口试验井均下入两级防砂筛管，压裂措施后，初期平均液面深度189m，目前平均液面深度645m，说明两级筛管可满足其生产需要，未出现因筛管堵塞而导致的供液不足现象，取得了显著的应用效果。
4 结论及认识
①利用筛管堵塞后的管内外压差驱动刮刀机构清除堵塞物，解决了防砂筛管堵塞问题，且不需人工干预，作业施工时随泵下井即可，不增加作业工序，应用简单;②聚驱泵下新型防砂筛管的研制可以充分解决聚驱井筛管易堵塞這一问题，从而提高聚驱采油井防砂成功率，减少砂卡检泵，保证了压裂措施效果，具有广阔的应用前景。
参考文献：
[1]朱春明，王希玲，邓金根.防砂筛管性能评价实验方法的建立[J].新疆石油天然气，2011，7（04）：69-72+109.
[2]于辉莉.割缝筛管充填防砂技术现场试验应用[J].内蒙古石油化工，2009，35（12）：107-108.
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