組合縫篩管研制及應用

2018-06-25 08:32:02陳磊

裝備制造技術 2018年4期

關鍵詞：方法

陳磊

（中油遼河油田鉆采工藝研究院，遼寧盤錦124010）

油田開發過程中，人們注重保證油井的可靠性和生產能力，尤其遇到地層砂松散或容易坍塌的油層，常常通過不同的完井方式來防止或減輕油井出砂，以達到提高油井產量、延長油井生產期和實現較好的經濟效益的目的[1]。

割縫篩管完井是一種防砂成功率高、對地層適應能力強、成本相對較低、方法簡便易行的機械防砂方式[2]。其優點是管、縫同體，井身結構簡單，特別適合應用于水平井、大位移井、大斜度井，其施工成本低，完井速度快，產能高。

割縫篩管常用有效的加工方法是銑刀割縫和激光割縫。銑刀加工成本低，但縫寬受銑刀片厚度限制，只能切割寬度≥0.30 mm的矩形縫，不能切割梯形縫；激光可以切割錐度為 6°～12°的梯形縫[3]，但外縫寬 ≥0.25 mm，不能很好的防粒徑0.10～0.20 mm的細粉砂。外縫還容易被流砂磨蝕變寬，降低擋砂精度和篩管使用壽命。

而組合縫截面形狀由外矩形縫和內梯形縫組成，篩管端剖面（即垂直于篩管軸線的剖面）如圖1所示，靠近管壁外緣是一段縫寬相同的矩形縫，靠近管壁內孔是一段外窄內寬的梯形縫，具備矩形縫耐流砂磨損和梯形縫“自潔性”[4]好的優點，不易被流砂磨蝕變寬和產生砂礫堵塞縫隙。外矩形縫的縫寬可達0.15 mm，縫深可達 1～2.5 mm；內梯形縫錐度為 6°～12°.

圖1 組合縫篩管端剖面圖

組合縫篩管縫隙尺寸范圍廣，可有效地阻擋中、細地層砂進入井筒，用于水平井、大位移井、大斜度井。單純用某一種加工方法，很難加工出上述幾何尺寸的組合縫篩管，因為每種加工方法都有自身的局限性。

本文首先研究組合縫篩管的綜合加工方法，再分析組合縫篩管在油井生產中的應用效果。

1 組合縫篩管的綜合加工方法

由于激光束聚焦能力所限，焦點光斑直徑≥0.15 mm，梯形縫的外縫寬度 ≥ 0.20 mm.所以單純用激光割縫，無法達到外矩形縫的縫寬為0.10 mm，縫深為 1～2.5 mm；內梯形縫錐度為 6°～ 12°的尺寸要求。必須對已經切割出寬組合縫的篩管，再應用塑性成形方法，使縫型變為窄組合縫。

1.1 用激光切割出寬組合縫

可以用兩種方法切割出梯形縫。

第一種方法如圖2所示，激光切割頭移動和鋼管轉動相結合。激光切割前，激光光軸與鋼管軸線垂直對中，焦點調整到合適位置，然后向左平移一段距離δ，激光束輸出切割出半個梯形縫；激光切割頭再反向移動2δ距離，同時鋼管順時針轉動錐度為2α=6°～12°，激光束輸出切割出另半個梯形縫[5]。

圖2 激光切割頭移動和鋼管轉動結合

第二種方法如圖3所示，鋼管固定不動，激光切割頭先逆時針或順時針偏轉2α=3°～6°，切割出半個梯形縫，再反時針偏轉2α=6°～12°，切割出整個梯形縫[6]。

圖3 工件不動，激光切割頭正反向轉動

第一種方法，激光切割頭移動和鋼管轉動結合，因鋼管很重（約400多公斤），工作效率較低，且兩種運動誤差疊加也使得梯形縫型加工精度降低。第二種方法工件不動，激光切割頭正反向轉動，工作效率較高，只要提高激光切割頭的轉動精度，就可使得梯形縫型加工精度提高。因此，本文選擇第二種方法。

選擇第二種加工方法將梯形縫切割出來后，激光切割頭回到與鋼管軸線垂直對中位置，按照切割矩形縫的方法最后切割出寬組合縫。如圖4、圖5所示。

圖4 激光切割頭切割矩形縫，成型窄組合縫

圖5 組合縫篩管端剖面照片

1.2 塑性成形窄組合縫

因為激光切割出來組合縫篩管外縫寬度為0.3 mm，對于外縫寬度≤0.3 mm的組合縫篩管，還需要縮縫，即通過軋輥對外縫的回轉擠壓，使得縫寬變窄。縮縫基于彈塑性力學原理在縮縫機床上通過塑性成形實現。縮縫機床由回轉控制電機、減速箱、傳動軸、軋輥、立柱、壓頭、三爪卡盤、液壓驅動系統、拖車、多位中心支架等組成[7]，機床結構如圖6所示。