组合缝筛管研制及应用

2018-06-25 08:32:02陈磊

装备制造技术 2018年4期

陈磊

（中油辽河油田钻采工艺研究院，辽宁盘锦124010）

油田开发过程中，人们注重保证油井的可靠性和生产能力，尤其遇到地层砂松散或容易坍塌的油层，常常通过不同的完井方式来防止或减轻油井出砂，以达到提高油井产量、延长油井生产期和实现较好的经济效益的目的[1]。

割缝筛管完井是一种防砂成功率高、对地层适应能力强、成本相对较低、方法简便易行的机械防砂方式[2]。其优点是管、缝同体，井身结构简单，特别适合应用于水平井、大位移井、大斜度井，其施工成本低，完井速度快，产能高。

割缝筛管常用有效的加工方法是铣刀割缝和激光割缝。铣刀加工成本低，但缝宽受铣刀片厚度限制，只能切割宽度≥0.30 mm的矩形缝，不能切割梯形缝；激光可以切割锥度为 6°～12°的梯形缝[3]，但外缝宽 ≥0.25 mm，不能很好的防粒径0.10～0.20 mm的细粉砂。外缝还容易被流砂磨蚀变宽，降低挡砂精度和筛管使用寿命。

而组合缝截面形状由外矩形缝和内梯形缝组成，筛管端剖面（即垂直于筛管轴线的剖面）如图1所示，靠近管壁外缘是一段缝宽相同的矩形缝，靠近管壁内孔是一段外窄内宽的梯形缝，具备矩形缝耐流砂磨损和梯形缝“自洁性”[4]好的优点，不易被流砂磨蚀变宽和产生砂砾堵塞缝隙。外矩形缝的缝宽可达0.15 mm，缝深可达 1～2.5 mm；内梯形缝锥度为 6°～12°.

图1 组合缝筛管端剖面图

组合缝筛管缝隙尺寸范围广，可有效地阻挡中、细地层砂进入井筒，用于水平井、大位移井、大斜度井。单纯用某一种加工方法，很难加工出上述几何尺寸的组合缝筛管，因为每种加工方法都有自身的局限性。

本文首先研究组合缝筛管的综合加工方法，再分析组合缝筛管在油井生产中的应用效果。

1 组合缝筛管的综合加工方法

由于激光束聚焦能力所限，焦点光斑直径≥0.15 mm，梯形缝的外缝宽度 ≥ 0.20 mm.所以单纯用激光割缝，无法达到外矩形缝的缝宽为0.10 mm，缝深为 1～2.5 mm；内梯形缝锥度为 6°～ 12°的尺寸要求。必须对已经切割出宽组合缝的筛管，再应用塑性成形方法，使缝型变为窄组合缝。

1.1 用激光切割出宽组合缝

可以用两种方法切割出梯形缝。

第一种方法如图2所示，激光切割头移动和钢管转动相结合。激光切割前，激光光轴与钢管轴线垂直对中，焦点调整到合适位置，然后向左平移一段距离δ，激光束输出切割出半个梯形缝；激光切割头再反向移动2δ距离，同时钢管顺时针转动锥度为2α=6°～12°，激光束输出切割出另半个梯形缝[5]。

图2 激光切割头移动和钢管转动结合

第二种方法如图3所示，钢管固定不动，激光切割头先逆时针或顺时针偏转2α=3°～6°，切割出半个梯形缝，再反时针偏转2α=6°～12°，切割出整个梯形缝[6]。

图3 工件不动，激光切割头正反向转动

第一种方法，激光切割头移动和钢管转动结合，因钢管很重（约400多公斤），工作效率较低，且两种运动误差叠加也使得梯形缝型加工精度降低。第二种方法工件不动，激光切割头正反向转动，工作效率较高，只要提高激光切割头的转动精度，就可使得梯形缝型加工精度提高。因此，本文选择第二种方法。

选择第二种加工方法将梯形缝切割出来后，激光切割头回到与钢管轴线垂直对中位置，按照切割矩形缝的方法最后切割出宽组合缝。如图4、图5所示。

图4 激光切割头切割矩形缝，成型窄组合缝

图5 组合缝筛管端剖面照片

1.2 塑性成形窄组合缝

因为激光切割出来组合缝筛管外缝宽度为0.3 mm，对于外缝宽度≤0.3 mm的组合缝筛管，还需要缩缝，即通过轧辊对外缝的回转挤压，使得缝宽变窄。缩缝基于弹塑性力学原理在缩缝机床上通过塑性成形实现。缩缝机床由回转控制电机、减速箱、传动轴、轧辊、立柱、压头、三爪卡盘、液压驱动系统、拖车、多位中心支架等组成[7]，机床结构如图6所示。