螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管的制作方法

螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，用于油氣井和稠油井防砂。該濾砂管首次將斜絲粗濾砂和割縫細濾砂技術有機結合，實現雙重濾砂，具有成本低、操作方便、防砂效果好、適應范圍廣和防砂卡泵的特點；導液流器特有的變截面流道，實現井液提速而避免砂粒沉積；V形斜絲籠套通過引流罩、引流環和螺旋筋加固，使濾砂管強度高、剛度大且抗擠壓摩擦能力強，且不易擼絲和損壞套管；梯形斜絲和扇形割縫使絲縫和割縫具有自潔凈作用，而螺旋筋和斜絲螺旋式布置且螺旋筋縫隙和絲縫外窄內寬，使螺旋筋和斜絲籠套具有自清洗功能；斜絲籠套可拆卸，使濾砂管便于更換或清洗；引流罩將井液引入濾砂管，而引流環將砂粒導出，集砂管則收集沉積砂粒。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種油氣井開采井下防砂器材，特別是涉及一種適合稠油井防砂用的 濾砂管。 螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管

【背景技術】
[0002] 當前，我國主要油田及氣田的開采已經開始進入中后期階段，井身結構較差、油中 高含水、稠油等現象非常普遍，經過長期的注水、抽油泵強提升液、強注和強采以及稠油低 品位油藏的動用，油層狀況發生了較大的改變，砂埋油層、砂卡油管、砂埋泵、砂卡泵以及砂 磨油泵等"砂害"更加嚴重和復雜化。
[0003] 目前，國內外油氣井和稠油井防砂方面主要以機械防砂為主，通常用的機械濾砂 管防砂法有繞絲篩管、割縫襯管、機械濾砂管+礫石充填等。其中，繞絲篩管是將不銹鋼繞 絲纏繞至鋼管，具有耐腐蝕、縫隙連續和流通面積大等特點，但同時造價高，是割縫襯管的 2?3倍；細砂粒易堵塞滲濾介質，降低產能；自清潔性較差，砂粒易集結于通道內；作業中 繞絲難免與井壁或套管壁發生碰撞、摩擦和擠壓，造成篩管損壞或亂絲，降低完井質量和防 砂效果。割縫襯管是將套管經過銑削加工而成，具有工藝簡單、操作方便、強度高的特點，然 而其最小縫寬窄且深，適用砂粒的粒徑范圍較小；縫眼容易被細砂粒堵塞和磨損。機械濾砂 管+礫石充填防砂的防砂時間較長，效果較好，但是這種管層預填充方法在阻擋固體顆粒 的同時，也增加了井液進入濾砂管的流動阻力，尤其是對于稠油井，加大了產能損失，而且 成本相對較高，設計和施工相對復雜，防砂后井內留有防砂管柱，打撈難，時間稍長濾砂管 容易產生腐蝕。近幾年國內開始探索應用化學防砂，其優點是施工后井內無遺留物，并可用 于異常高壓井層，而其缺點是對油層滲透率有一定傷害；注入劑存在老化現象，使其有效期 有限；成功率不如機械防砂；同時不適用于裸眼完井的油井。
[0004] 綜上所述，常規的機械防砂和化學防砂方法都沒有從根本上解決油氣井和稠油井 出砂問題，由此通過研究井筒中的砂粒運移和沉降規律，并依托現有可行性技術，設計出油 氣井和稠油井防砂專用的割縫斜絲濾砂管，并依據固液兩相流體仿真分析和實驗室實驗結 果對濾砂管的結構及篩縫寬度等參數進行優化設計，以保證所設計的濾砂管能夠滿足開發 生產需要，同時可以有效提高檢泵周期，避免處于中后期生產階段油氣井因防砂失敗而導 致無法正常生產或者長期停產。


【發明內容】

[0005] 為了有效解決油氣井和稠油井出砂問題并克服現有機械濾砂管和化學防砂技術 存在的不足，本發明的目的是研制出一種新型的適合油氣井和稠油井防砂用的螺旋式可拆 卸割縫斜絲濾砂管。該割縫斜絲濾砂管首次將斜絲絲縫粗濾砂和螺旋式割縫細濾砂兩種防 砂技術進行有機結合，并依據其螺旋式斜絲和螺旋筋以及導液流器的特殊構造和工藝，能 夠實現雙重濾砂、含砂井液提速、自潔凈和自清洗功能，具有成本低、操作方便、可拆卸、防 砂效果好、砂粒粒徑適應范圍廣、強度高且剛度大、經過大斜度和水平井彎段時不易損壞、 可避免套管損壞和砂卡泵等特點。
[0006] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是開發一種螺旋式可拆卸割縫斜絲濾 砂管，主要由導液流器、割縫管、螺旋筋、斜絲籠套、引流罩、引流環、集砂管和管帽組成。割 縫斜絲濾砂管防砂機理是地層產出液依次流經斜絲籠套、螺旋筋和割縫管的縫隙進入濾砂 管內腔室，然后通過導液流器的提速后流入抽油泵和油管并被舉升至地面；同時依據斜絲 籠套和割縫管的橋架作用實現雙重濾砂功能，粒徑大于絲縫的砂粒被阻擋在斜絲籠套外 面，粒徑大于割縫的砂粒被阻擋在割縫管外面，并被送至井底口袋，而粒徑較小的少量砂粒 隨產出液攜帶至濾砂管內腔室并排出井筒。
[0007] 導液流器位于螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管的最上部，其表面進行鎳磷鍍處理， 實現含砂井液提速，避免地層產出液流量較低時引發砂粒在濾砂管內腔室的沉積。導液流 器包括導液流輪、輪桿、導液流殼和導液流罩，導液流輪材料選用60Si2Mn，調質處理布氏硬 度大于230,整體采用變截面的倒錐體，其軸向剖面外輪廓線的下部呈下凹式的圓弧，而上 部呈上凸式的圓弧，兩圓弧結合處的法線重合，保證導液流輪表面流動井液的連續性和穩 定性；導液流輪內環面上部為全環凹槽。輪桿用來實現導液流輪與導液流罩間的聯接，整體 采用階梯軸結構，它包括接頭、桿體、桿肩和桿頭，接頭通過外螺紋與導液流罩進行聯接；桿 體外表面進行精加工，與導液流輪內環面過盈配合；桿肩用來連接桿體和桿頭，同時其上端 面與導液流輪下端面相結合實現導液流輪定位；桿頭采用錐度為60°的倒圓錐體，保證井 液順利切入導液流輪的錐面。
[0008] 導液流殼和導液流罩的材料選用35CrM〇,表面氧化處理，同時調質處理布氏硬度 不低于220,以抵抗導液流殼和導液流罩內流動井液的沖擊，導液流殼和導液流罩間通過丁 腈橡膠墊進行密封。導液流殼采用厚壁筒形結構，頂部邊緣加工有均勻排列的螺釘孔，導液 流殼外環面直徑等于割縫管內環面直徑，并與割縫管過盈配合，實現導液流器與割縫管間 的固定；導液流殼內表面的上部采用環形結構，而下部采用變截面的流線型結構，其軸向剖 面內輪廓線與導液流輪剖面的外輪廓線相配合，導液流殼剖面內輪廓線的下部呈上凸式的 圓弧，圓弧半徑小于導液流輪剖面外輪廓線的下圓弧半徑；導液流殼內輪廓線的中部呈下 凹式的圓弧，圓弧半徑大于導液流輪外輪廓線的上圓弧半徑；導液流殼內輪廓線的上部呈 下凹式的圓弧，圓弧半徑小于內輪廓線中部及下部圓弧半徑。導液流殼內輪廓線各圓弧結 合處的法線均重合，保證導液流殼內表面上流動井液的穩定性。導液流輪與導液流殼配合 后的井液流道呈變截面的環形結構，并且流道從入口至出口的截面面積逐漸減小，由此其 內的井液流速不斷提升。
[0009] 導液流罩上部采用法蘭盤結構，通過螺釘與導液流殼進行聯接。導液流罩外表面 的上部采用變截面的圓柱形結構，圓柱橫截面直徑小于導液流殼上部內環面直徑；外表面 的中部采用錐度為60°的倒圓錐體，其錐面與導液流輪和導液流殼間的井液流道出口相吻 合；外表面的下部采用圓柱形結構，圓柱橫截面直徑小于導液流輪上部凹槽的直徑。導液流 罩內加工有圓形井液流動彎道，用來改變井液流動方向，保證導液流器入口和出口處井液 流動方向一致，彎道沿圓周方向均勻布置，個數為8?12個，彎道直徑等于導液流輪和導液 流殼間的井液流道出口寬度，彎道入口位于導液流罩外表面錐體的錐面上，以保證導液流 器流動井液的連續性，而彎道出口則位于導液流罩的上端面。導液流罩內環面采用階梯回 轉體結構，其上部加工有內螺紋，而中部環面的直徑大于輪桿桿體外徑。
[0010] 割縫管是對斜絲粗濾砂后的井液再次進行深度過濾，即細濾，以達到較好的防砂 效果，它由圓管加工而成，包括上下接頭、卡箍和管體幾部分，材料選用30Cr，內外表面及 割縫表面均涂覆超級雙向不銹鋼。上接頭和下接頭上均加工有密封性圓錐管螺紋，分別位 于割縫管的最上部和最下部，上接頭通過接箍將割縫斜絲濾砂管與上部的抽油泵聯接在一 起。卡箍用于實現斜絲籠套、螺旋筋、引流罩和引流環與割縫管間的固定，采用環形圓板，與 管體外壁通過圓周焊的方式進行聯接，卡箍內環面的下部為一全環凹槽，槽壁上加工有密 封性圓錐管螺紋，與其下部的引流罩進行聯接。
[0011] 管體是割縫管的主體，其上用刀具或者電火花等特種加工方式切割出螺旋線形的 具有一定寬度和密度的割縫，即割縫是沿著螺旋線所加工出來的具有特殊形狀縫隙。該螺 旋線沿管體圓柱面等間距展開，即割縫在軸向上等間距排列，螺旋線的展開線與割縫管軸 線間的升角小于65°。各層面的割縫均勻布置，割縫數取150?300,割縫寬度取0. 30? 0. 15mm，各層面間的割縫平行排列。相鄰割縫間的管體剖面呈扇形，扇形兩邊的夾角為 25°，扇形小的弧面朝向割縫管軸線，為此割縫外窄內寬，可以避免隨井液通過割縫的砂粒 卡死在割縫內而發生堵塞，為此所設計的割縫管具有割縫自潔凈作用。
[0012] 螺旋筋用于支撐斜絲籠套，材料選用不銹鋼并且涂覆雙向不銹鋼。螺旋筋是通過 軋制的方法形成一根等截面的絲筋，該絲筋沿著割縫管上割縫的輪廓線螺旋纏繞于管體外 壁，螺旋筋螺旋線的展開線與濾砂管軸線間的升角等于割縫螺旋線的升角，同時保證絲筋 各部位均處于割縫管相鄰割縫的中間部位，由此螺旋筋整體上呈現彈簧式外形，其內環面 套于割縫管外，而外環面襯于斜絲籠套內。螺旋筋的兩側切割出倒圓錐體形狀的切口，切口 處分別與其上部的引流罩和下部的引流環進行焊接而實現螺旋筋的定位。螺旋筋沿螺旋線 方向的橫截面為等腰梯形，梯形兩邊的夾角為30°，梯形短邊的一面朝向割縫管，并與管體 外壁緊密配合。一方面，螺旋筋螺旋線的升角也小于65°，可以保證粒徑小于割縫管割縫的 砂粒隨井液順利通過割縫管，而粒徑大于割縫的砂粒會落在螺旋筋側面上，砂粒在井液沖 刷及重力的作用下順利滑落，最終經由引流環落入井底口袋中；另一方面，螺旋線上相鄰螺 旋筋間形成縫隙的剖面外窄內寬，在井液沖刷下可以避免砂粒發生積聚，為此所設計的螺 旋筋具有自清洗功能。
[0013] 斜絲籠套是對地層產出的含砂井液進行初次過濾，即粗濾，材料選用不銹鋼并且 涂覆超級雙向不銹鋼。所有斜絲沿割縫管軸線垂向放置并且沿螺旋筋彈簧式外環面均勻排 列，斜絲根數取120?220,斜絲間的絲縫寬度取0. 75?0. 30mm，所有均布的斜絲形成具有 一定強度的斜絲籠套，斜絲籠套的上下兩端分別通過引流罩和引流環進行加固，而內部通 過彈簧式螺旋筋進行支撐，斜絲和螺旋筋的每一個交叉接觸點均通過電阻焊按照單面角焊 縫的方式進行焊接，以保證斜絲籠套的強度和剛度，使其具有較強的抗擠壓摩擦能力，同時 較之繞絲篩管等，在經過大斜度和水平井彎段時不易損壞且不會發生擼絲現象，并可減少 濾砂管與套管內壁發生碰撞的概率，避免套管產生損壞。
[0014] 斜絲籠套上每根斜絲體的中線為沿螺旋筋彈簧式外環面展開的螺旋線，該螺旋線 的展開線與斜絲籠套橫截面間的夾角為60?75°，遠遠大于落在斜絲側面上砂粒的摩擦 角，避免發生"自鎖效應"，以保證砂粒在井液沖刷及重力的作用下可以順利滑落至井底口 袋中，為此所設計的斜絲籠套具有自清洗功能。
[0015] 每根斜絲均為通過軋制的方法形成等腰梯形的變截面絲體，一方面，斜絲梯形截 面的高度沿螺旋筋外環面向下逐漸降低，使得斜絲籠套外輪廓呈現V形的倒圓錐體，錐度 取為1:100?1:20,可以保證粒徑小于絲縫的砂粒隨井液順利通過斜絲籠套，而粒徑大于 絲縫的砂粒會依靠自身重力作用及時沉積至井底口袋中，不會積聚在絲縫外面而造成濾 砂管外砂粒的堆積，影響濾砂效果和井液流速；另一方面，斜絲梯形截面的兩斜邊夾角為 35°，梯形短邊的一面朝向螺旋筋，使得相鄰斜絲間形成的絲縫剖面外窄內寬，可以避免隨 井液所攜帶砂粒卡死在絲縫內而造成堵塞，為此所設計的斜絲籠套具有絲縫自潔凈作用。
[0016] 引流罩和引流環材料均選用雙向不銹鋼，均采用階梯回轉體結構，包括上凸臺、本 體和下凸臺，其內環面的直徑等于割縫管管體的外徑，同時引流罩和引流環與割縫管間采 用間隙配合。中部本體沿圓周方向切有形狀和大小相同的液槽口，所有液槽口均勻布置，槽 口數等于斜絲籠套的斜絲根數，同時每個液槽口的位置與絲縫一一對應。
[0017] 引流罩用來將濾砂管上方的含砂井液順利引入斜絲籠套內，防止由于截面變化而 引發砂粒在濾砂管上方產生聚集。引流罩上凸臺的外環面加工有密封性圓錐管螺紋，與割 縫管卡箍下部的凹槽相配合，引流罩本體上端面與卡箍下端面結合處需產生足夠大的應 力，防止井液對螺紋產生腐蝕和工作中發生脫扣。引流罩本體上的液槽口兩側面分別與對 應位置絲縫的兩側面平齊，同時液槽口上部端線為弧線，該弧線所在圓的直徑等于割縫管 卡箍外環面直徑，而且液槽口下部端線也為弧線，該弧線所在圓的直徑等于引流罩下凸臺 外環面的直徑，由此保證含砂井液順利切入引流罩后引入斜絲籠套內。引流罩下凸臺采用 圓筒形結構，其下端面采用圓錐體形結構，錐體的錐面與螺旋筋上側的切口相平齊。
[0018] 引流環用來將螺旋筋和斜絲籠套上滑落的砂粒順利導出濾砂管并送入井底口袋。 引流環上凸臺采用圓筒形結構，其上端面采用倒圓錐體形結構，錐體的錐面與螺旋筋下側 的切口相平齊。引流環本體上的液槽口兩側面分別與對應位置絲縫的兩側面平齊，同時液 槽口上部端線為弧線，該弧線所在圓的直徑等于引流環上凸臺外環面的直徑，而且液槽口 下部端線也為弧線，該弧線所在圓的直徑等于引流環下凸臺大端圓面的直徑，由此保證砂 粒可以順利切入引流環并送至井底口袋。引流環下凸臺采用倒圓錐體結構，錐體的錐度為 30°，大于液槽口內部端面的斜度。
[0019] 集砂管用于及時收集濾砂管內腔室井液流量變化時所產生的少量沉積砂粒，同時 依據井液流量、出砂量、砂粒粒度分布和大小選取合適節數的集砂管。集砂管采用圓筒形結 構，材料選用中碳結構鋼并且內襯不銹鋼，由母螺紋接頭、管基體和公螺紋接頭組成。母螺 紋接頭外環面采用圓柱體形結構，外徑大于管基體外徑；而內部通道采用變截面的階梯回 轉體結構，通道上部加工有密封性圓錐管螺紋，并通過其上部的割縫管下接頭實現割縫管 與集砂管間的聯接；通道下部采用倒錐形結構過渡區，作用是避免母螺紋接頭截面和剛度 的急劇變化，減小應力集中。管基體內環面直徑等于割縫管管體的內徑。公螺紋接頭位于 集砂管的最下部，加工有密封性圓錐管螺紋，實現不同節集砂管間的聯接。
[0020] 管帽采用盲孔結構，材料選用中碳結構鋼且內襯不銹鋼，其外環面采用圓柱體形 結構，外徑等于集砂管母螺紋接頭外徑；其內環面的上部加工有密封性圓錐管螺紋，與集砂 管公螺紋接頭進行聯接；內環面下部采用倒錐形結構過渡區。
[0021] 本發明所能達到的技術效果是，該割縫斜絲濾砂管將斜絲粗濾砂和割縫細濾砂兩 種防砂技術進行有機結合，首次實現機械濾砂管的雙重濾砂功能，具有成本低、操作方便、 防砂效果好、砂粒粒徑適應范圍廣和防砂卡泵的特點；導液流輪與導液流殼配合后的井液 流道呈面積逐漸減小的變截面環形結構，且導液流罩內加工有改變井液流動方向的圓形井 液流動彎道，實現含砂井液提速，避免地層產出液流量較低時引發砂粒在濾砂管內腔室的 沉積；垂向斜絲均勻布置形成斜絲籠套，對地層產出的含砂井液進行初次過濾，同時割縫 管上切割出螺旋式割縫，其寬度小于絲縫，對井液進行深度過濾，以達到較好的防砂效果； V形構造的斜絲籠套兩端通過引流罩和引流環加固，內部通過彈簧式螺旋筋支撐，保證濾砂 管的強度高、剛度大且抗擠壓摩擦能力強，同時經過大斜度和水平井彎段時不易損壞和擼 絲，并可避免套管產生損壞；斜絲梯形截面和相鄰割縫間管體扇形截面的兩邊夾角依次減 小，且梯形和扇形短邊的一面朝內，可避免砂粒卡死在絲縫和割縫內而發生堵塞，為此絲縫 和割縫具有自潔凈作用；螺旋式螺旋筋的升角小于65°且螺旋式斜絲與濾砂管截面間的 夾角大于60°，可避免砂粒發生"自鎖效應"，同時絲縫和相鄰螺旋筋間縫隙外窄內寬，保證 砂粒在井液沖刷及重力作用下順利滑落至井底口袋，為此螺旋筋和斜絲籠套具有自清洗功 能；引流罩將濾砂管上方的含砂井液順利引入斜絲籠套，而引流環將螺旋筋和斜絲上滑落 的砂粒順利導出濾砂管，防止砂粒聚集，同時割縫管卡箍與引流罩間通過螺紋聯接，使濾砂 管具有可拆卸性，方便濾砂管的更換或清洗；設計集砂管加管帽的結構可及時收集濾砂管 內腔室沉積的少量砂粒。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 下面結合附圖對本發明作進一步的說明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0023] 圖1是根據本發明所提出的螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管的典型結構簡圖。
[0024] 圖2是螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管中導液流器的結構簡圖。
[0025] 圖3是螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管中割縫管的結構簡圖。
[0026] 圖4是螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管中螺旋筋的結構簡圖。
[0027] 圖5是螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管中斜絲籠套的結構簡圖。
[0028] 圖6是螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管中引流罩的俯視圖。
[0029] 圖7是螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管中引流環的仰視圖。
[0030] 圖8是螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管的防砂機理簡圖。
[0031] 圖9是圖8的A- A剖視圖。
[0032] 圖中1 -導液流器，2 -割縫管，3 -引流罩，4 -螺旋筋，5 -斜絲籠套，6 -引流 環，7 -集砂管，8 -管帽，9 一導液流罩，10 -導液流殼，11 一導液流輪，12 -輪桿，13 -上 接頭，14 一卡箍，15 -管體，16 -割縫，17 -下接頭，18 -絲縫。

【具體實施方式】
[0033] 在圖1中，螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管依次由導液流器1、割縫管2、引流罩3、螺 旋筋4、斜絲籠套5、引流環6、集砂管7和管帽8組成。裝配前，首先，將割縫管2的割縫、螺 旋筋4的筋體和斜絲籠套5的各斜絲清除毛刺然后清洗干凈；接著，檢查割縫管2內外表面 及割縫表面、螺旋筋4和斜絲籠套5表面涂覆層是否均勻以及是否存在缺陷；最后，檢查導 液流器1的導液流殼與導液流罩間螺釘連接以及輪桿與導液流罩間螺紋聯接是否牢固，割 縫管2上下接頭和卡箍、引流罩3、集砂管7和管帽8的各螺紋是否存在缺陷，割縫管2卡箍 與管體焊縫結合處是否有松動或損傷。
[0034] 在圖1中，螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管裝配時，首先，將組裝好的導液流器1導 液流殼嵌入割縫管2內環面頂部并通過過盈配合實現導液流器1與割縫管2間的固定；然 后，將軋制好的螺旋筋4螺旋纏繞于割縫管2外壁；接著，將斜絲籠套5的上端通過引流罩 3進行加固，同時下端通過引流環6進行加固，而內部通過螺旋筋4進行支撐；最后，將斜絲 籠套5通過引流罩3與割縫管2聯接在一起，并依次將集砂管7與割縫管2下接頭、集砂管 7間以及集砂管7和管帽8聯接在一起。
[0035] 在圖1中，螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管裝配后，首先，旋松引流罩3處的螺紋，斜 絲籠套5應可以順利拆卸和安裝，螺旋筋4置于割縫管2管體外往復拉動，應輕快靈活無 阻滯；然后，檢查斜絲籠套5與引流罩3、螺旋筋4以及引流環6焊縫結合處是否有松動或 損傷；接著，檢查割縫管2與斜絲籠套5和集砂管7、集砂管7間以及集砂管7和管帽8間 各螺紋連接處有無松動、損傷和銹蝕；接著，在各焊縫結合處和螺紋連接處涂抹厭氧膠；最 后，檢驗合格后，集砂管7和管帽8的外表面應進行噴涂防銹漆等處理。
[0036] 在圖1中，作業時，首先依次將抽油泵的泵筒和割縫斜絲濾砂管聯接于油管柱下 端，然后用油管柱和輔助井下工具將泵筒和割縫斜絲濾砂管一起下入井筒并懸掛在井內產 出砂粒的層位，根據防砂要求設計集砂管7的高度和節數，總高度通常為100?500m。
[0037] 在圖1中，檢泵維修時，首先將割縫斜絲濾砂管隨油管柱一起出井；然后打開集砂 管7和管帽8并清除其中沉積的砂粒；接著旋松引流罩3與割縫管2間螺紋，將斜絲籠套5 從割縫管2上拆卸下來；最后依次對斜絲籠套5絲縫、螺旋筋4縫隙和割縫管2割縫進行清 洗，頑固油污等污垢可用堿洗或者用洗油劑清洗，而水垢和銹渣等污垢，可用稀鹽酸清洗。
[0038] 在圖2中，導液流器1的導液流輪11與輪桿12桿體間通過過盈配合進行聯接，并 通過輪桿12接頭固定于導液流罩9下部；導液流罩9通過螺釘與導液流殼10進行聯接；對 于固定后的導液流器1，導液流罩9上端面與割縫管2上接頭的上端面平齊。導液流器1內 導液流輪11與導液流殼10配合后的井液流道呈變截面的環形結構，流道入口軸線與濾砂 管軸線平行，而流道出口與導液流罩9內的圓形彎道入口相吻合，導液流罩9彎道出口軸線 也與濾砂管軸線平行。
[0039] 在圖3中，割縫管2通過上接頭13及接箍與抽油泵的泵筒進行聯接，并通過下接 頭17與集砂管7進行聯接；卡箍14通過焊接與管體15實現固定，并通過凹槽內螺紋與引 流罩3進行聯接；割縫16在管體15上螺旋式布置，并在軸向上等間距排列，割縫16的寬度 依據井下工況和防砂要求進行優化選取。
[0040] 在圖4中，螺旋筋4沿著割縫管2相鄰割縫16的中間部位螺旋纏繞于管體15外， 螺旋筋4梯形截面的兩邊夾角設計為30°，梯形短邊的一面朝向割縫管2。彈簧式螺旋筋4 的上下兩側分別割出切口，上切口與引流罩3而下切口與引流環6進行焊接來實現螺旋筋 4在斜絲籠套5內的定位。
[0041] 在圖5中，所有斜絲沿螺旋筋4外環面垂向均勻排列形成倒圓錐體形的斜絲籠套 5,斜絲間的絲縫18寬度依據井下工況、防砂要求和割縫16的寬度進行設計，保證絲縫18 的寬度大于割縫16的寬度，并且斜絲在螺旋筋4上呈螺旋式布置。斜絲籠套5通過引流罩 3、螺旋筋4和引流環6的加固構成一個具有足夠強度和剛度的整體。
[0042] 在圖6中，引流罩3通過上凸臺外螺紋與割縫管2的卡箍14實現聯接，引流罩3下 凸臺通過焊接與上端面切平的斜絲籠套5斜絲進行固定，引流罩3液槽口與斜絲籠套5絲 縫18的位置相對應，焊接后的引流罩3液槽口兩側面需保證與絲縫18的兩側面平齊。
[0043] 在圖7中，引流環6與割縫管2管體15通過間隙配合進行聯接，引流環6上凸臺 通過焊接與下端面切平的斜絲籠套5斜絲進行固定，引流環6液槽口與斜絲籠套5絲縫18 的位置相對應，引流罩3液槽口、引流環6液槽口與絲縫18的兩側面需保證在同一平面上。
[0044] 在圖8和圖9中，割縫斜絲濾砂管的防砂機理是，地層產出液依次流經斜絲籠套5 絲縫18、螺旋筋4縫隙和割縫管2割縫16進入濾砂管內腔室，然后通過導液流器1流道提 速后流入抽油泵和油管并被舉升至地面；同時砂粒在井液的攜帶下通過引流罩3切入割縫 斜絲濾砂管進行雙重過濾，粒徑大于絲縫18的砂粒被阻擋在倒圓錐體形斜絲籠套5外面， 并依靠自身重力作用及時沉積至井底口袋；而粒徑大于割縫16的砂粒被阻擋在割縫管2與 斜絲籠套5間螺旋筋4的縫隙內，并在井液沖刷及重力的作用下順利滑落，最終經由引流 環6落入井底口袋；而粒徑小于割縫16的部分砂粒隨產出液攜帶至濾砂管內腔室并經導 液流器1流道提速后排出井筒。濾砂過程中，落在螺旋式斜絲側面上的砂粒依據斜絲籠套 5的自清洗功能，在井液沖刷及重力的作用下順利滑落并經由引流環6落入井底口袋；井液 流量變化時，尤其對于流速較低的工況，濾砂管內腔室所產生的少量沉積砂粒經由割縫管2 下接頭17內孔通道聚集于集砂管7。斜絲梯形截面、螺旋筋4梯形截面和相鄰割縫16間管 體15扇形截面的兩邊夾角依次減小，分別設計為35°、30°和25°，以避免砂粒卡死在絲 縫18和割縫16內而發生堵塞，保證絲縫18和割縫16的自潔凈作用。
【權利要求】
1. 一種螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，地層產出液依次流經斜絲籠套、螺旋筋和割縫 管的縫隙進入濾砂管，通過導液流器的提速后流入抽油泵；同時依據斜絲籠套和割縫管的 橋架作用實現雙重濾砂功能，粒徑大于絲縫的砂粒被阻擋在斜絲籠套外面，粒徑大于割縫 的砂粒被阻擋在割縫管外面，而粒徑較小的少量砂粒隨產出液攜帶至濾砂管內，其特征在 于： 一導液流器；所述導液流器的導液流輪整體采用變截面的倒錐體，其軸向剖面外輪廓 線的下部呈下凹式的圓弧，而上部呈上凸式的圓弧，兩圓弧結合處的法線重合；輪桿的桿體 外表面與導液流輪內環面過盈配合；導液流殼采用厚壁筒形結構，內表面的上部采用環形 結構，而下部采用變截面的流線型結構；導液流輪與導液流殼配合后的井液流道呈變截面 的環形結構，并且流道從入口至出口的截面面積逐漸減小；導液流罩內加工有圓形井液流 動彎道，保證導液流器入口和出口處井液流動方向一致，彎道直徑等于導液流輪和導液流 殼間的井液流道出口寬度； 一割縫管；所述割縫管包括上下接頭、卡箍和管體，卡箍采用環形圓板，內環面的下部 為一全環凹槽；管體上用刀具或者電火花等特種加工方式切割出螺旋線形的具有一定寬度 和密度的割縫，該螺旋線沿管體圓柱面等間距展開，螺旋線的展開線與割縫管軸線間的升 角小于65° ;各層面的割縫均勻布置，各層面間的割縫平行排列，割縫外窄內寬； 一螺旋筋；所述螺旋筋是通過軋制的方法形成一根等截面的絲筋，該絲筋沿著割縫管 上割縫的輪廓線螺旋纏繞于管體外壁，同時保證絲筋各部位均處于割縫管相鄰割縫的中 間部位；螺旋筋螺旋線的升角也小于65°，螺旋線上相鄰螺旋筋間形成縫隙的剖面外窄內 寬； 一斜絲籠套；所述斜絲籠套的所有斜絲沿割縫管軸線垂向放置并且沿螺旋筋彈簧式 外環面均勻排列，斜絲籠套的上下兩端分別通過引流罩和引流環進行加固，而內部通過彈 簧式螺旋筋進行支撐；斜絲籠套上每根斜絲體的中線為沿螺旋筋彈簧式外環面展開的螺旋 線；每根斜絲均為通過軋制的方法形成等腰梯形的變截面絲體，斜絲梯形截面的高度沿螺 旋筋外環面向下逐漸降低；相鄰斜絲間形成的絲縫剖面外窄內寬； 一引流罩和引流環；所述引流罩和引流環與割縫管間采用間隙配合，中部本體沿圓周 方向切有形狀和大小相同的液槽口，所有液槽口均勻布置，槽口數等于斜絲籠套的斜絲根 數，同時每個液槽口的位置與絲縫一一對應；引流罩和引流環本體上的液槽口兩側面分別 與對應位置絲縫的兩側面平齊，同時液槽口上部端線為弧線，液槽口下部端線也為弧線； 一集砂管；所述集砂管采用圓筒形結構，母螺紋接頭內部通道采用變截面的階梯回轉 體結構，管基體內環面直徑等于割縫管管體的內徑，公螺紋接頭位于集砂管的最下部； 一管帽；所述管帽采用盲孔結構，外徑等于集砂管母螺紋接頭外徑。
2. 根據權利要求1所述的螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，其特征在于：所述導液流器 輪桿的桿肩上端面與導液流輪下端面相結合實現導液流輪定位，輪桿的桿頭采用錐度為 60°的倒圓錐體； 所述導液流殼外環面直徑等于割縫管內環面直徑，并與割縫管過盈配合；導液流殼軸 向剖面內輪廓線與導液流輪剖面的外輪廓線相配合； 所述導液流罩外表面的上部采用變截面的圓柱形結構，中部采用錐度為60°的倒圓錐 體。
3. 根據權利要求1或2所述的螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，其特征在于：所述導液 流器的導液流殼剖面內輪廓線的下部呈上凸式的圓弧，圓弧半徑小于導液流輪剖面外輪廓 線的下圓弧半徑；導液流殼內輪廓線的中部呈下凹式的圓弧，圓弧半徑大于導液流輪外輪 廓線的上圓弧半徑；導液流殼內輪廓線的上部呈下凹式的圓弧，圓弧半徑小于內輪廓線中 部及下部圓弧半徑；導液流殼內輪廓線各圓弧結合處的法線均重合。
4. 根據權利要求1或2所述的螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，其特征在于：所述導液 流罩外表面上部的圓柱橫截面直徑小于導液流殼上部內環面直徑，中部錐面與導液流輪和 導液流殼間的井液流道出口相吻合，下部圓柱橫截面直徑小于導液流輪上部凹槽的直徑； 所述導液流罩內彎道沿圓周方向均勻布置，個數為8?12個；彎道入口位于導液流罩 外表面錐體的錐面上，而彎道出口則位于導液流罩的上端面。
5. 根據權利要求1所述的螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，其特征在于：所述割縫管的 內外表面及割縫表面均涂覆超級雙向不銹鋼，卡箍與管體外壁通過圓周焊的方式進行聯 接，卡箍槽壁上加工有密封性圓錐管螺紋，與其下部的引流罩進行聯接； 所述管體上的割縫是沿著螺旋線所加工出來的具有特殊形狀縫隙，割縫在軸向上等間 距排列；各層面的割縫數取150?300,割縫寬度取0. 30?0. 15mm ;相鄰割縫間的管體剖面 呈扇形，扇形兩邊的夾角為25°，扇形小的弧面朝向割縫管軸線。
6. 根據權利要求1所述的螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，其特征在于：所述螺旋筋選 用不銹鋼并且涂覆雙向不銹鋼，螺旋筋螺旋線的展開線與濾砂管軸線間的升角等于割縫螺 旋線的升角，螺旋筋整體上呈現彈簧式外形，其內環面套于割縫管外，而外環面襯于斜絲籠 套內；螺旋筋的兩側切割出倒圓錐體形狀的切口，切口處分別與其上部的引流罩和下部的 引流環進行焊接而實現螺旋筋的定位； 所述螺旋筋沿螺旋線方向的橫截面為等腰梯形，梯形兩邊的夾角為30°，梯形短邊的 一面朝向割縫管，并與管體外壁緊密配合。
7. 根據權利要求1所述的螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，其特征在于：所述斜絲籠套 的材料選用不銹鋼并且涂覆超級雙向不銹鋼，斜絲根數取120?220,斜絲間的絲縫寬度取 0. 75?0. 30mm ;所有均布的斜絲形成具有一定強度的斜絲籠套，斜絲和螺旋筋的每一個交 叉接觸點均通過電阻焊按照單面角焊縫的方式進行焊接。
8. 根據權利要求1所述的螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，其特征在于：所述斜絲籠套 上斜絲螺旋線的展開線與斜絲籠套橫截面間的夾角為60?75°，遠遠大于落在斜絲側面 上砂粒的摩擦角； 所述斜絲籠套外輪廓呈現V形的倒圓錐體，錐度取為1:100?1:20 ; 所述斜絲梯形截面的兩斜邊夾角為35°，梯形短邊的一面朝向螺旋筋。
9. 根據權利要求1所述的螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，其特征在于：所述引流罩上 凸臺與割縫管卡箍下部的凹槽相配合； 所述引流罩液槽口上部弧線所在圓的直徑等于割縫管卡箍外環面直徑，而引流罩液槽 口下部弧線所在圓的直徑等于引流罩下凸臺外環面的直徑； 所述引流罩下凸臺的下端面采用圓錐體形結構，錐體的錐面與螺旋筋上側的切口相平 齊。
10. 根據權利要求1所述的螺旋式可拆卸割縫斜絲濾砂管，其特征在于：所述引流環上 凸臺的上端面采用倒圓錐體形結構，錐體的錐面與螺旋筋下側的切口相平齊； 所述引流環液槽口上部弧線所在圓的直徑等于引流環上凸臺外環面的直徑，而引流環 液槽口下部弧線所在圓的直徑等于引流環下凸臺大端圓面的直徑； 所述引流環下凸臺采用倒圓錐體結構，錐體的錐度為30°，大于液槽口內部端面的斜 度。
【文檔編號】E21B43/08GK203891849SQ201420244988
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年5月14日 優先權日:2014年5月14日
【發明者】劉春花, 劉新福, 周超 申請人:中國石油大學(華東)