1.本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管及自適應(yīng)方法，屬于石油與天然氣開采井下防砂完井工具技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2.我國及世界上疏松砂巖油氣藏分布廣泛，目前其儲(chǔ)量及產(chǎn)量占主導(dǎo)地位。疏松砂巖油氣藏開采面臨的主要棘手問題之一是油氣井出砂，造成生產(chǎn)設(shè)備損害及產(chǎn)量大幅降低。近年來，國內(nèi)外天然氣水合物藏的試驗(yàn)性開發(fā)與開采也逐步進(jìn)行。天然氣水合物儲(chǔ)層由于儲(chǔ)層巖石顆粒的膠結(jié)物大部分是水合物，開采分解后失去膠結(jié)作用造成大量出砂。對上述油氣藏的出砂問題，正常開采均需要采取防砂措施；對于石油與天然氣疏松砂巖儲(chǔ)層粉細(xì)砂(粒級(jí)50μm)，尤其是天然氣水合物儲(chǔ)層的超粉細(xì)砂(粒級(jí)達(dá)到10

?

15μm)，目前防砂十分困難。

3.在眾多的防砂方法中，礫石充填類和獨(dú)立機(jī)械篩管類防砂方式占主要地位。礫石充填防砂是將石英砂或陶粒充填于機(jī)械篩管與套管或井筒環(huán)空以及近井儲(chǔ)層，利用充填顆粒堆積形成的多孔介質(zhì)起到擋砂與導(dǎo)流作用；獨(dú)立機(jī)械篩管防砂是在井底正對生產(chǎn)層位懸掛機(jī)械篩管，篩管允許流體通過但可阻擋地層砂，從而達(dá)到防止地層砂進(jìn)入井筒的目的；機(jī)械篩管防砂工藝技術(shù)簡單，施工方便。機(jī)械防砂篩管是早期防砂完井或后期防砂中的關(guān)鍵井下設(shè)備。傳統(tǒng)的礫石充填類和獨(dú)立機(jī)械篩管類防砂對出砂嚴(yán)重且泥質(zhì)含量高、地層砂粒徑小的天然氣水合物泥質(zhì)粉細(xì)砂儲(chǔ)層綜合防砂效果達(dá)不到生產(chǎn)要求。

4.預(yù)充填礫石防砂篩管是一種重要的防砂篩管類型，廣泛應(yīng)用與油井、氣井及天然氣水合物井的防砂作業(yè)中。目前已有的預(yù)充填防砂篩管，是在兩層割縫或繞絲間充填一定粒徑范圍的石英砂或人造陶粒，將獨(dú)立機(jī)械篩管防砂和礫石充填防砂結(jié)合起來，起到較好的防砂作用。但其仍存在一些問題：

5.(1)篩管內(nèi)預(yù)充填的固體顆粒材料(石英砂礫石或人造陶粒)形成的孔隙結(jié)構(gòu)容易被儲(chǔ)層中隨流體產(chǎn)出的粘土泥質(zhì)、細(xì)砂粒、稠油等吸附堵塞；堵塞以后篩管介質(zhì)滲透率會(huì)大大降低，嚴(yán)重?fù)p害油氣井產(chǎn)量，篩管使用壽命縮短，整體防砂效果變差。由于現(xiàn)有的預(yù)充填篩管中，預(yù)充填材料被完全固定、封堵，篩管缺少自潔能力，發(fā)生地層砂侵入堵塞后，篩管流通能力下降且很難恢復(fù)。

6.(2)預(yù)充填的固體顆粒尺寸一般為某一粒徑范圍(如20

?

40目，30

?

60目)，顆粒粒徑不均。防砂投產(chǎn)后，預(yù)充填的固體顆粒材料在流體沖擊下會(huì)發(fā)生移動(dòng)從而排列重組，逐漸使預(yù)充填層結(jié)構(gòu)松散，孔喉尺寸增大，擋砂效果逐漸變差。

7.(3)對于上述提到的預(yù)充填篩管被堵塞或結(jié)構(gòu)沖擊松散失去擋砂作用后，意味著預(yù)充填篩管防砂失效；應(yīng)對的措施是拔除篩管，重新進(jìn)行防砂作業(yè)。最終使得現(xiàn)有預(yù)充填篩管防砂有效期短、油氣井防砂成本高。

8.中國專利文獻(xiàn)cn204827393u一種預(yù)充填防砂篩管，實(shí)現(xiàn)對油井的防砂，尤其適用于稠油熱采大斜度井的套管防砂施工，可延長防砂周期。本防砂篩管包括中心管和內(nèi)繞絲

管，中心管設(shè)有液流孔，內(nèi)繞絲管安裝在中心管的外面，中心管的兩端分別固定下承接帽和上壓帽用于安裝預(yù)充填層和外繞絲管，在預(yù)充填層的上方與上壓帽之間安裝壓實(shí)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，外繞絲管的上端通過連接套與壓實(shí)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)連接，對預(yù)充填層施加預(yù)緊力，保證預(yù)充填層的密實(shí)；雖然該預(yù)充填防砂篩管能對預(yù)充填層進(jìn)行壓緊，保證預(yù)充填層的密實(shí)程度，提高預(yù)充填層的強(qiáng)度，但下承接帽位置是固定的，只有上壓帽能夠在補(bǔ)償套內(nèi)滑動(dòng)對充填層的壓緊，只能借助外力往下壓實(shí),無法實(shí)現(xiàn)裝置本身自適應(yīng)調(diào)節(jié)，即無法根據(jù)預(yù)充填層的情況自動(dòng)補(bǔ)償壓實(shí)或回縮的自調(diào)整功能，也無自解堵功能和無自壓實(shí)功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

9.針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管及自適應(yīng)方法。

10.術(shù)語解釋：

11.彈簧半壓縮狀態(tài)：是指彈從自然伸長狀態(tài)壓縮到最大壓縮狀態(tài)行程的一半。

12.本發(fā)明達(dá)到以下目的：

13.1、可以根據(jù)預(yù)充填層的情況自動(dòng)補(bǔ)償壓實(shí)或回縮自我調(diào)整，并且具有自解堵功能和自壓實(shí)功能；

14.2、實(shí)現(xiàn)篩管被堵塞后的自清潔解堵，并自動(dòng)抵抗生產(chǎn)過程中的預(yù)充填礫石失穩(wěn)，保持陶粒顆粒的壓實(shí)程度，提高充填穩(wěn)定性，保持穩(wěn)定擋砂效果。

15.3、大幅延長預(yù)充填防砂篩管的防砂有效期，提高綜合防砂效果。

16.為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

17.一種自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，由內(nèi)至外依次包括：

18.基管，所述基管上開設(shè)有與基管內(nèi)相連通的導(dǎo)流孔；

19.套設(shè)在基管外部的內(nèi)層濾網(wǎng)；

20.套設(shè)在基管外部的外層濾網(wǎng)；

21.位于內(nèi)層濾網(wǎng)與外層濾網(wǎng)之間的自解堵和自壓實(shí)預(yù)充填陶粒層；

22.套設(shè)在外層濾網(wǎng)外側(cè)的外保護(hù)罩；

23.所述的自解堵和自壓實(shí)預(yù)充填陶粒層包括預(yù)充填陶粒層和用于壓實(shí)、解堵預(yù)充填陶粒層的自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，預(yù)充填陶粒層內(nèi)填充有人造陶粒。

24.根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括彈簧、彈簧固定基座、內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌和外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌；內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)置在基管外壁上，外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌位于預(yù)充填陶粒層的外側(cè)，內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌和外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌之間為容納預(yù)充填陶粒層的空間，在預(yù)充填陶粒層的兩端分別設(shè)置有彈簧移動(dòng)密封端蓋，彈簧移動(dòng)密封端蓋在內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌和外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌之間并沿內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌、外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)，彈簧位于彈簧固定基座與彈簧移動(dòng)密封端蓋之間。

25.根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，彈簧固定基座套設(shè)在基管上并固定在基管一端，外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的端部固定在固定基座上。

26.根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)置有4根，與基管軸向方向一致，在預(yù)充填陶粒層外周均勻間隔分布。

27.根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)置有4根，與基管軸向方向一致，在基管外周均勻間隔分布。

28.根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的彈簧為金屬螺旋壓縮彈簧，設(shè)置有1根，套設(shè)在內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌外側(cè)，彈簧的直徑為4

?

6mm，中徑為篩管基管外徑加6mm，彈簧的自由長度為自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)長度的1

?

3倍。

29.根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌、外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的剖面頂端均為楔形。保證與移動(dòng)密封端蓋連接的穩(wěn)定性。

30.根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，預(yù)充填陶粒層內(nèi)人造陶粒的等徑粒徑根據(jù)地層砂粒度中值和均勻系數(shù)確定，具體如下：

31.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50<60μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.25～0.35mm。

32.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于60

?

80μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.35～0.45mm。

33.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于80

?

100μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.45～0.55mm。

34.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于100

?

120μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.55～0.65mm。

35.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于120

?

135μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.65～0.75mm。

36.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于135

?

155μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.75～0.85mm。

37.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于155

?

170μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.85～0.95mm。

38.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于170

?

190μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.95～1.05mm。

39.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于190

?

210μm，人造陶粒的粒徑范圍為1.05～1.15mm。

40.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于210

?

230μm，人造陶粒的粒徑范圍為1.15～1.25mm。

41.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50>230μm，人造陶粒的粒徑范圍為1.25～1.45mm。

42.根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，預(yù)充填陶粒層的厚度大于20mm。

43.出砂嚴(yán)重，或高產(chǎn)油氣井(流體流速較高，地層砂侵入嚴(yán)重)，或稠油井，或氣井中，預(yù)充填陶粒層的厚度為35

?

40mm；

44.出砂輕微、產(chǎn)量較低的油氣井中，預(yù)充填陶粒層的厚度為20

?

30mm；

45.井眼或套管尺寸較小，預(yù)充填陶粒層的厚度為20

?

25mm；

46.對于生產(chǎn)系統(tǒng)對防砂要求較高的情況，預(yù)充填陶粒層的厚度為35

?

40mm；

47.對于高泥質(zhì)含量儲(chǔ)層，為了避免過度堵塞，預(yù)充填陶粒層的厚度為25

?

30mm。

48.篩管基管：提供對整體篩管的結(jié)構(gòu)承載和支撐。基管管壁開設(shè)導(dǎo)流孔，保證篩管整體強(qiáng)度，并通過孔眼提供油氣入流通道；內(nèi)層網(wǎng)：緊貼基管外壁，起到隔離基管和預(yù)充填材料的作用，防止預(yù)充填材料通過基管孔眼瀉流到基管內(nèi)部。內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌：為彈簧移動(dòng)密封端蓋提供滑動(dòng)支撐和導(dǎo)軌。預(yù)充填陶粒層：預(yù)充填一定厚度和粒徑的人造陶粒，起到阻擋地層砂和保持流通性的作用。彈簧固定基座：用于安裝和固定彈簧一端。彈簧移動(dòng)密封端蓋：用于連接和固定彈簧的移動(dòng)端，并實(shí)現(xiàn)與內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的配合。彈簧：提供軸向壓實(shí)預(yù)充填陶粒層的動(dòng)力。外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌：焊接于彈簧固定基座，為彈簧移動(dòng)密封端蓋提供外側(cè)滑動(dòng)支撐和導(dǎo)軌。外層濾網(wǎng)：緊貼預(yù)充填層外側(cè)和外保護(hù)罩內(nèi)側(cè)，起到外保護(hù)罩和預(yù)充填材料，防止預(yù)充填材料外泄到保護(hù)罩外部的作用外保護(hù)罩：起保護(hù)篩管內(nèi)部介質(zhì)的作用；保護(hù)罩管壁上開設(shè)孔眼，提供流體入流通道。

49.利用自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管進(jìn)行自解堵和自壓實(shí)的方法如下：

50.s1：設(shè)置防砂篩管預(yù)充填陶粒層兩端的彈簧為半壓縮狀態(tài)；正常生產(chǎn)過程中，由于半壓縮狀態(tài)彈簧具有趨向伸長特性，對預(yù)充填陶粒層產(chǎn)生縱向壓縮作用力，當(dāng)自預(yù)充填陶粒層在流體沖擊作用下排列重組發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，彈簧的縱向壓縮作用力對預(yù)充填陶粒層壓

實(shí)，使失穩(wěn)的充填層很快被壓實(shí)并重新保持穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自壓實(shí)作用；

51.s2：當(dāng)預(yù)充填陶粒層擋砂介質(zhì)孔喉被地層砂堵塞后，滲透率和流動(dòng)性均降低，導(dǎo)致預(yù)充填層容腔內(nèi)的壓力升高，升高的壓力壓縮彈簧回縮，使得預(yù)充填層容腔空間增大，在流體沖擊作用下，預(yù)充填陶粒層擋砂介質(zhì)失穩(wěn)并使得孔喉空間增大，侵入堵塞的地層砂微粒被流體沖刷攜帶通過基管孔眼排出，實(shí)現(xiàn)疏通堵塞、自清潔和自解堵的作用。

52.本發(fā)明的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管實(shí)現(xiàn)篩管的自解堵和自壓實(shí)的原理如下：

53.1、自壓實(shí)原理：篩管在裝配時(shí)預(yù)充填陶粒層上下兩端的彈簧彈設(shè)置為半壓縮狀態(tài)。正常生產(chǎn)過程中，由于預(yù)充填陶粒層上下兩端的處于半壓縮狀態(tài)的彈簧彈具有趨向伸長特性，會(huì)對預(yù)充填陶粒層產(chǎn)生縱向壓縮作用，相當(dāng)于預(yù)充填陶粒層被壓實(shí)。并且，一旦預(yù)充填陶粒層在流體沖擊作用下排列重組發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，彈簧的壓實(shí)作用會(huì)使得失穩(wěn)的充填層很快被壓實(shí)并重新保持穩(wěn)定狀態(tài)。圖3展示了上述過程及自壓實(shí)原理。

54.2、自解堵原理：在篩管正常流通條件下，篩管預(yù)充填層容腔內(nèi)部的壓力較低；當(dāng)篩管預(yù)充填陶粒擋砂介質(zhì)孔喉被地層砂堵塞后，其滲透率和流動(dòng)性均降低，會(huì)造成蹩壓從而導(dǎo)致預(yù)充填層容腔內(nèi)的壓力升高。升高的壓力會(huì)壓縮彈簧回縮，使得預(yù)充填層容腔空間變大；在流體沖擊作用下，變大的空間內(nèi)預(yù)充填陶粒顆粒會(huì)失穩(wěn)并使得孔喉空間增大；這種情況下，侵入堵塞的地層砂微粒會(huì)被流體沖刷攜帶通過基管孔眼排出，從而達(dá)到疏通堵塞、自清潔和自解堵的作用。一旦堵塞被解除，流動(dòng)恢復(fù)，則預(yù)充填層容腔內(nèi)的壓力會(huì)降低到正常水平，彈簧回復(fù)到原始的半壓縮狀態(tài)，使得預(yù)充填層中的陶?；鼗謴?fù)到原來壓實(shí)狀態(tài)。直到最終篩管外部地層砂穩(wěn)定橋架形成，而篩管內(nèi)部始終保持暢通。圖4展示了上述過程及自解堵原理。

55.針對本發(fā)明的篩管自解堵原理和篩管結(jié)構(gòu)，需要特別強(qiáng)調(diào)和解釋的是：正常情況下，篩管的擋砂過程是：在篩管控砂投產(chǎn)早期，較細(xì)的地層砂微粒進(jìn)入篩管內(nèi)部產(chǎn)生侵入堵塞，同時(shí)較粗的地層砂顆粒在篩管外部橋架，直至篩管外部穩(wěn)定的橋架形成(圖4d)。篩管外部的地層砂橋架是自然現(xiàn)象，也是篩管控砂的基本原理和必須的。但是，在篩管外部橋架形成過程中，篩管內(nèi)部的堵塞是我們所不想看到的，因?yàn)檫@個(gè)堵塞滲透率極低，會(huì)大幅降低油氣井產(chǎn)能。本發(fā)明提供的篩管自解堵功能，正是為了解除上述過程中篩管介質(zhì)內(nèi)部的堵塞。

56.本發(fā)明預(yù)充填陶粒層的厚度以及粒徑均由發(fā)明人模擬大量常規(guī)油氣儲(chǔ)層、水合物儲(chǔ)層的多種粒徑地層砂模擬擋砂實(shí)驗(yàn)中優(yōu)選得到，使得本發(fā)明的預(yù)充填防砂篩管各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠適應(yīng)常規(guī)油氣及天然氣水合物泥質(zhì)粉細(xì)砂儲(chǔ)層地質(zhì)和生產(chǎn)條件，在防砂過程中能夠兼顧高擋砂性能與高流通性能，篩管堵塞后通過自清潔機(jī)構(gòu)清除堵塞物恢復(fù)篩管流通性能，實(shí)現(xiàn)對于泥質(zhì)粉細(xì)砂的有效阻擋和油氣高效導(dǎo)流，同時(shí)外保護(hù)罩和外層阻擋濾網(wǎng)可以有效保護(hù)預(yù)充填層的穩(wěn)定性，降低沖蝕破壞風(fēng)險(xiǎn)。

57.針對等徑陶粒充填，實(shí)際加工制造時(shí)選擇充填一定粒徑范圍的陶粒，目的是考慮加工篩選誤差，并為了便于加工制造和降低成本。因?yàn)樵诂F(xiàn)場實(shí)際中，篩選完全等徑的固體顆粒比較困難且成本較高。

58.即便如此，本發(fā)明所涉及的充填粒徑范圍較窄，非常接近要求的等徑粒徑。以等徑粒徑0.6mm為例，為了便于加工制造和降低成本，允許充填0.55

?

0.65mm的陶粒。作為對比，現(xiàn)有的預(yù)充填篩管中對應(yīng)等效平均粒徑0.6mm的陶粒，其粒徑范圍為0.4

?

0.8mm。如此大的粒徑范圍會(huì)導(dǎo)致顆粒失穩(wěn)重組后孔喉結(jié)構(gòu)和擋砂精度的較大變化。

59.本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)如下：

60.1、本發(fā)明的防砂篩管設(shè)有自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括彈簧、彈簧固定基座、內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌和外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌；原始處于半壓縮狀態(tài)的彈簧機(jī)構(gòu)具有趨向伸長特性，會(huì)對預(yù)充填陶粒層產(chǎn)生縱向壓實(shí)作用。一旦預(yù)充填陶粒層在流體沖擊作用下排列重組發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，彈簧的壓實(shí)作用會(huì)使得失穩(wěn)的充填層很快被壓實(shí)并重新保持穩(wěn)定狀態(tài)。與常規(guī)現(xiàn)有的預(yù)充填篩管相比，其益處是能夠長期保持預(yù)充填陶粒處于密實(shí)充填狀態(tài)，保持穩(wěn)定的擋砂精度和擋砂效果，延長預(yù)充填篩管的防砂有效期。

61.2、本發(fā)明的防砂篩管設(shè)有自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)具有自解堵作用。當(dāng)篩管預(yù)充填陶粒擋砂介質(zhì)被堵塞后，充填容腔內(nèi)的壓力會(huì)因?yàn)轷繅憾?，?qū)動(dòng)彈簧密封端壓縮彈簧，使得預(yù)充填層容腔空間變大；預(yù)充填陶粒顆粒會(huì)失穩(wěn)并且孔喉空間增大；侵入堵塞的地層砂微粒會(huì)被流體沖刷攜帶通過基管孔眼排出，從而達(dá)到疏通堵塞、自清潔和自解堵的作用。一旦堵塞被解除，壓力降低，在彈簧作用下，預(yù)充填層陶粒會(huì)恢復(fù)到原來壓實(shí)狀態(tài)。與常規(guī)現(xiàn)有的預(yù)充填篩管相比，其益處是通過自解堵和自恢復(fù)功能，能夠避免預(yù)充填陶粒不被過度堵塞，保持擋砂介質(zhì)層良好的流通性能，保持油氣井產(chǎn)能，延長預(yù)充填篩管的防砂有效期，提高總體防砂生產(chǎn)效果。

62.3、本發(fā)明防砂篩管的預(yù)充填陶粒層為等徑人造陶粒，可以保證在篩管自解堵和自壓實(shí)過程中，無論陶粒顆粒如何失穩(wěn)和排列重組，最終壓實(shí)穩(wěn)定后的孔喉尺寸是不變的，保證了穩(wěn)定的流通性和擋砂效果。相比目前傳統(tǒng)預(yù)充填篩管中充填較大粒徑范圍的固體顆粒，本發(fā)明的充填更能保證穩(wěn)定的擋砂效果和擋砂精度，并避免了充填層失穩(wěn)重組后的擋砂能力變化和下降，綜合防砂效果更好。

63.4、本發(fā)明防砂篩管的預(yù)充填陶粒層預(yù)充填陶粒粒徑和厚度設(shè)計(jì)方法，為不通過生產(chǎn)條件和地層砂設(shè)計(jì)推薦了合理的預(yù)充填陶粒的粒徑和充填厚度。這些推薦設(shè)計(jì)參數(shù)基于實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)驗(yàn)證，保證了不同條件下使用本發(fā)明提供的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管的防砂效果。

附圖說明

64.圖1是本發(fā)明自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

65.圖2是圖1中b

?

b剖視圖；

66.圖3是本發(fā)明自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管自壓實(shí)過程及原理示意圖；

67.圖4是本發(fā)明自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管自解堵過程及原理示意圖；

68.圖5是本發(fā)明自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

69.圖中，1、基管；2、內(nèi)層濾網(wǎng)；3、內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌；4、預(yù)充填陶粒層；5、彈簧固定基座；6、移動(dòng)密封端蓋；7、彈簧；8、外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌；9、外層濾網(wǎng)；10、外保護(hù)罩；11、導(dǎo)流孔。

具體實(shí)施方式

70.下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步限定，但不限于此。

71.實(shí)施例1

72.一種自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，由內(nèi)至外依次包括：

73.基管1，所述基管上開設(shè)有與基管內(nèi)相連通的導(dǎo)流孔11；

74.套設(shè)在基管1外部的內(nèi)層濾網(wǎng)2；

75.套設(shè)在基管1外部的外層濾網(wǎng)9；

76.內(nèi)、外層濾網(wǎng)使用單層金屬絲垂直交錯(cuò)編織網(wǎng)，網(wǎng)孔為正方形，網(wǎng)孔長度和寬度均為預(yù)充填陶粒粒徑的2/3左右，金屬絲直徑0.3

?

0.5mm，材質(zhì)為316l鋼材。

77.位于內(nèi)層濾網(wǎng)與外層濾網(wǎng)之間的自解堵和自壓實(shí)預(yù)充填陶粒層；

78.套設(shè)在外層濾網(wǎng)9外側(cè)的外保護(hù)罩10；外保護(hù)罩材質(zhì)為304鋼，厚度1

?

1.5mm，選用螺旋沖縫結(jié)構(gòu)。

79.自解堵和自壓實(shí)預(yù)充填陶粒層4包括預(yù)充填陶粒層4和用于壓實(shí)、解堵預(yù)充填陶粒層的自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，預(yù)充填陶粒層內(nèi)填充有人造陶粒。

80.自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括彈簧7、彈簧固定基座5、內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌3和外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌8；內(nèi)側(cè)滑動(dòng)3導(dǎo)軌設(shè)置在基管1外壁上，外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌8位于預(yù)充填陶粒層的外側(cè)，內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌3和外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌8之間為容納預(yù)充填陶粒層的空間，在預(yù)充填陶粒層的兩端分別設(shè)置有彈簧移動(dòng)密封端蓋6，彈簧移動(dòng)密封端蓋6在內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌3和外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌8之間并沿內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌、外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)，彈簧7位于彈簧固定基座與彈簧移動(dòng)密封端蓋之間。所述的彈簧為金屬螺旋壓縮彈簧，設(shè)置有1根，套設(shè)在內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌外側(cè)，彈簧的直徑為4mm，中徑為篩管基管外徑加6mm，彈簧的自由長度為自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)長度的2倍。彈簧固定基座套設(shè)在基管上并固定在基管一端，外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的端部固定在固定基座上。固定基座5焊接于基管1外壁，用于懸掛彈簧7。自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的長度為0.3m。

81.外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌8設(shè)置有4根，與基管軸向方向一致，在預(yù)充填陶粒層外周均勻間隔分布。

82.內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌3設(shè)置有4根，與基管軸向方向一致，在基管外周均勻間隔分布。

83.內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌3、外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌8的剖面頂端均為楔形。保證與移動(dòng)密封端蓋連接的穩(wěn)定性。

84.預(yù)充填陶粒層內(nèi)人造陶粒的等徑粒徑根據(jù)地層砂粒度中值和均勻系數(shù)確定，具體如下：

85.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50<60μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.25～0.35mm。

86.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于60

?

80μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.35～0.45mm。

87.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于80

?

100μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.45～0.55mm。

88.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于100

?

120μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.55～0.65mm。

89.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于120

?

135μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.65～0.75mm。

90.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于135

?

155μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.75～0.85mm。

91.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于155

?

170μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.85～0.95mm。

92.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于170

?

190μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.95～1.05mm。

93.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于190

?

210μm，人造陶粒的粒徑范圍為1.05～1.15mm。

94.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于210

?

230μm，人造陶粒的粒徑范圍為1.15～1.25mm。

95.當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50>230μm，人造陶粒的粒徑范圍為1.25～1.45mm。

96.出砂嚴(yán)重，或高產(chǎn)油氣井(流體流速較高，地層砂侵入嚴(yán)重)，或稠油井，或氣井中，預(yù)充填陶粒層的厚度為35

?

40mm；

97.出砂輕微、產(chǎn)量較低的油氣井中，預(yù)充填陶粒層的厚度為20

?

30mm；

98.井眼或套管尺寸較小，預(yù)充填陶粒層的厚度為20

?

25mm；

99.對于生產(chǎn)系統(tǒng)對防砂要求較高的情況，預(yù)充填陶粒層的厚度為35

?

40mm；

100.對于高泥質(zhì)含量儲(chǔ)層，為了避免過度堵塞，預(yù)充填陶粒層的厚度為25

?

30mm。

101.實(shí)施例2

102.同實(shí)施例1所述的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，不同之處在于：

103.彈簧為金屬螺旋壓縮彈簧，設(shè)置有1根，套設(shè)在內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌外側(cè)，彈簧的直徑為6mm，中徑為篩管基管外徑加6mm，彈簧的自由長度為自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)長度的3倍。彈簧固定基座套設(shè)在基管上并固定在基管一端，外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的端部固定在固定基座上。固定基座5焊接于基管1外壁，用于懸掛彈簧7。自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的長度為0.5m。

104.實(shí)施例3

105.利用自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管進(jìn)行自解堵和自壓實(shí)的方法如下：

106.s1：設(shè)置防砂篩管預(yù)充填陶粒層兩端的彈簧為半壓縮狀態(tài)；正常生產(chǎn)過程中，由于半壓縮狀態(tài)彈簧具有趨向伸長特性，對預(yù)充填陶粒層產(chǎn)生縱向壓縮作用力，當(dāng)自預(yù)充填陶粒層在流體沖擊作用下排列重組發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，彈簧的縱向壓縮作用力對預(yù)充填陶粒層壓實(shí)，使失穩(wěn)的充填層很快被壓實(shí)并重新保持穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自壓實(shí)作用；如圖3所示，

107.s2：當(dāng)預(yù)充填陶粒層擋砂介質(zhì)孔喉被地層砂堵塞后，滲透率和流動(dòng)性均降低，導(dǎo)致預(yù)充填層容腔內(nèi)的壓力升高，升高的壓力壓縮彈簧回縮，使得預(yù)充填層容腔空間增大，在流體沖擊作用下，預(yù)充填陶粒層擋砂介質(zhì)失穩(wěn)并使得孔喉空間增大，侵入堵塞的地層砂微粒被流體沖刷攜帶通過基管孔眼排出，實(shí)現(xiàn)疏通堵塞、自清潔和自解堵的作用，如圖4所示。技術(shù)特征：

1.一種自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，由內(nèi)至外依次包括：基管，所述基管上開設(shè)有與基管內(nèi)相連通的導(dǎo)流孔；套設(shè)在基管外部的內(nèi)層濾網(wǎng)；套設(shè)在基管外部的外層濾網(wǎng)；位于內(nèi)層濾網(wǎng)與外層濾網(wǎng)之間的自解堵和自壓實(shí)預(yù)充填陶粒層；套設(shè)在外層濾網(wǎng)外側(cè)的外保護(hù)罩；所述的自解堵和自壓實(shí)預(yù)充填陶粒層包括預(yù)充填陶粒層和用于壓實(shí)、解堵預(yù)充填陶粒層的自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，預(yù)充填陶粒層內(nèi)填充有人造陶粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，其特征在于，所述自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括彈簧、彈簧固定基座、內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌和外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌；內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)置在基管外壁上，外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌位于預(yù)充填陶粒層的外側(cè)，內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌和外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌之間為容納預(yù)充填陶粒層的空間，在預(yù)充填陶粒層的兩端分別設(shè)置有彈簧移動(dòng)密封端蓋，彈簧移動(dòng)密封端蓋在內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌和外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌之間并沿內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌、外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)，彈簧位于彈簧固定基座與彈簧移動(dòng)密封端蓋之間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，其特征在于，彈簧固定基座套設(shè)在基管上并固定在基管一端，外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的端部固定在固定基座上。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，其特征在于，外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)置有4根，與基管軸向方向一致，在預(yù)充填陶粒層外周均勻間隔分布；內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)置有4根，與基管軸向方向一致，在基管外周均勻間隔分布。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，其特征在于，所述的彈簧為金屬螺旋壓縮彈簧，設(shè)置有1根，套設(shè)在內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌外側(cè)，彈簧的直徑為4

?

6mm，中徑為篩管基管外徑加6mm，彈簧的自由長度為自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)長度的1

?

3倍。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，其特征在于，內(nèi)側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌、外側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的剖面頂端均為楔形。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，其特征在于，預(yù)充填陶粒層內(nèi)人造陶粒的等徑粒徑根據(jù)地層砂粒度中值和均勻系數(shù)確定，具體如下：當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50<60μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.25～0.35mm。當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于60

?

80μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.35～0.45mm。當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于80

?

100μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.45～0.55mm。當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于100

?

120μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.55～0.65mm。當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于120

?

135μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.65～0.75mm。當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于135

?

155μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.75～0.85mm。當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于155

?

170μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.85～0.95mm。當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于170

?

190μm，人造陶粒的粒徑范圍為0.95～1.05mm。當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于190

?

210μm，人造陶粒的粒徑范圍為1.05～1.15mm。當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50介于210

?

230μm，人造陶粒的粒徑范圍為1.15～1.25mm。當(dāng)?shù)貙由傲６戎兄礵50>230μm，人造陶粒的粒徑范圍為1.25～1.45mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，其特征在于，預(yù)充填陶粒層的厚度大于20mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，其特征在于，出砂嚴(yán)重，或高產(chǎn)油氣井(流體流速較高，地層砂侵入嚴(yán)重)，或稠油井，或氣井中，預(yù)充填陶粒層的厚度為35

?

40mm；出砂輕微、產(chǎn)量較低的油氣井中，預(yù)充填陶粒層的厚度為20

?

30mm；井眼或套管尺寸較小，預(yù)充填陶粒層的厚度為20

?

25mm；對于生產(chǎn)系統(tǒng)對防砂要求較高的情況，預(yù)充填陶粒層的厚度為35

?

40mm；對于高泥質(zhì)含量儲(chǔ)層，為了避免過度堵塞，預(yù)充填陶粒層的厚度為25

?

30mm。10.利用自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管進(jìn)行自解堵和自壓實(shí)的方法如下：s1：設(shè)置防砂篩管預(yù)充填陶粒層兩端的彈簧為半壓縮狀態(tài)；正常生產(chǎn)過程中，由于半壓縮狀態(tài)彈簧具有趨向伸長特性，對預(yù)充填陶粒層產(chǎn)生縱向壓縮作用力，當(dāng)自預(yù)充填陶粒層在流體沖擊作用下排列重組發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，彈簧的縱向壓縮作用力對預(yù)充填陶粒層壓實(shí)，使失穩(wěn)的充填層很快被壓實(shí)并重新保持穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自壓實(shí)作用；s2：當(dāng)預(yù)充填陶粒層擋砂介質(zhì)孔喉被地層砂堵塞后，滲透率和流動(dòng)性均降低，導(dǎo)致預(yù)充填層容腔內(nèi)的壓力升高，升高的壓力壓縮彈簧回縮，使得預(yù)充填層容腔空間增大，在流體沖擊作用下，預(yù)充填陶粒層擋砂介質(zhì)失穩(wěn)并使得孔喉空間增大，侵入堵塞的地層砂微粒被流體沖刷攜帶通過基管孔眼排出，實(shí)現(xiàn)疏通堵塞、自清潔和自解堵的作用。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種自適應(yīng)預(yù)充填陶粒防砂篩管，由內(nèi)至外依次包括：基管，內(nèi)層濾網(wǎng)，外層濾網(wǎng)，位于內(nèi)層濾網(wǎng)與外層濾網(wǎng)之間的自解堵和自壓實(shí)預(yù)充填陶粒層，套設(shè)在外層濾網(wǎng)外側(cè)的外保護(hù)罩；所述的自解堵和自壓實(shí)預(yù)充填陶粒層包括預(yù)充填陶粒層和用于壓實(shí)、解堵預(yù)充填陶粒層的自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，預(yù)充填陶粒層內(nèi)填充有人造陶粒。本發(fā)明與現(xiàn)有的常規(guī)預(yù)充填篩管相比，具有自壓實(shí)功能，能夠長期保持預(yù)充填陶粒處于密實(shí)充填狀態(tài)；能夠保持穩(wěn)定的擋砂精度和擋砂效果；具有自解堵和自恢復(fù)功能，能夠保持預(yù)充填陶粒不被過度堵塞，保持擋砂介質(zhì)層良好的流通性能和油氣井產(chǎn)能，延長預(yù)充填篩管的防砂有效期，提高總體防砂生產(chǎn)效果。提高總體防砂生產(chǎn)效果。提高總體防砂生產(chǎn)效果。

技術(shù)研發(fā)人員：董長銀 周玉剛 甘凌云 宋洋 李志芬 于樂香 王衛(wèi)陽 周博 劉亞賓

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油大學(xué)（華東）

技術(shù)研發(fā)日：2021.03.25

技術(shù)公布日：2021/11/16