用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管及开采工艺的制作方法

1.本发明涉及石油与天然气开发与开采行业中的防砂完井技术领域，具体是一种用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管及开采工艺。


背景技术：

2.稠油油藏、储气库等在开发或生产过程中常存在地层砂从储层中产出的现象，地层出砂将会造成稠油井、储气库注采井产量低、注蒸汽（或注天然气或注聚合物等）困难等一系列问题产生，进行防砂作业是现场常用的应对措施。机械筛管防砂作为一种应用广泛的防砂工艺，在稠油井、储气库注采井的防砂作业中也常常得以应用。稠油井在开发过程中常使用蒸汽吞吐开发工艺，即存在由油井内向地层中注汽、由地层向井内开采流体的交变工况。类似的，储气库注采井、注聚合物井、注水井、泡沫吞吐井等吞吐井均存在相似复杂工况，传统机械筛管在吞吐井的应用过程中仍存在以下问题：（1）在上一轮次蒸汽吞吐后，挡砂介质被产出流体携带的地层砂、泥质等堵塞，导致挡砂介质的渗透率大大降低，由于挡砂介质的挡砂精度固定，因此会造成下一轮次蒸汽吞吐时难以注入蒸汽，严重影响油井的生产。（2）由于挡砂介质的挡砂精度单一，因此在开采时无法兼顾挡砂与产量，还会造成挡砂介质的堵塞较快，防砂有效期短，导致吞吐井整体开发效益差。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足，提供一种用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管，通过增设内层转向导流筒、外层挡砂介质总成和外层转向导流筒，依靠筛管内、外流体压力差实现外层挡砂介质总成的自动旋转以及定位，进而根据注入蒸汽或开采的需要实现内层挡砂介质和外层挡砂介质的不同位置组合，以提高注入蒸汽效果、减轻筛管堵塞，提高防砂与开采效益。
4.本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管，包括由内向外依次设置的基管、内层挡砂介质、内层转向导流筒、外层挡砂介质总成和外层转向导流筒；所述基管上设有导流孔；所述内层挡砂介质与基管固定连接，沿所述内层挡砂介质的周向，所述内层挡砂介质包括交替布置的内层高精度挡砂部分和内层低精度挡砂部分，每个所述内层高精度挡砂部分或内层低精度挡砂部分对应的圆心角为360
°
/n，n为非零偶数；所述内层转向导流筒与基管固定连接，所述内层转向导流筒上设有转向导流机构ⅰ；在同一水平面上，所述转向导流机构ⅰ沿内层转向导流筒的周向间隔均布有n个，所述转向导流机构ⅰ包括凸块ⅰ、单向阀ⅰ；所述凸块ⅰ固设在内层转向导流筒的外圆面上，所述凸块ⅰ的内部设有导流通道ⅰ，所述凸块ⅰ上设有径向流通口ⅰ和切向导流口ⅰ，所述径向流通口ⅰ沿内层转向导流筒的径向朝外设置，所述切向导流口ⅰ沿内层转向导流筒的切向朝右设置，所述径向流通口ⅰ和切向导流口ⅰ均通过导流通道ⅰ与内层转向导流筒的内部连通，所述单
向阀ⅰ用于使径向流通口ⅰ向导流通道ⅰ单向导通；所述外层挡砂介质总成包括转动套和外层挡砂介质；所述转动套包括内筒和外筒，所述内筒和外筒上均设有过流孔，所述内筒可转动地套设于内层转向导流筒的外部，所述外筒固定套设于内筒的外部并与内筒间隔有夹层；所述内筒的内圆面设有与n个凸块ⅰ分别对应的n个内承压分隔板，所述外筒的外圆面设有n个外承压分隔板，n个所述外承压分隔板分别与n个所述内承压分隔板沿转动套的径向对齐；所述外层挡砂介质与转动套固定连接并设置于夹层中，沿所述外层挡砂介质的周向，所述外层挡砂介质包括交替布置的外层高精度挡砂部分和外层低精度挡砂部分，每个所述外层高精度挡砂部分或外层低精度挡砂部分对应的圆心角为360
°
/n；所述外层转向导流筒与基管固定连接，所述外层转向导流筒上设有转向导流机构ⅱ；在同一水平面上，所述转向导流机构ⅱ沿外层转向导流筒的周向间隔均布有n个，n个所述转向导流机构ⅱ分别与n个所述转向导流机构ⅰ沿外层转向导流筒的径向对齐；所述转向导流机构ⅱ包括凸块ⅱ、单向阀ⅱ；所述凸块ⅱ固设在外层转向导流筒的内圆面上，所述凸块ⅱ的内部设有导流通道ⅱ，所述凸块ⅱ上设有径向流通口ⅱ和切向导流口ⅱ，所述径向流通口ⅱ沿外层转向导流筒的径向朝内设置，所述切向导流口ⅱ沿外层转向导流筒的切向朝左设置，所述径向流通口ⅱ和切向导流口ⅱ均通过导流通道ⅱ与外层转向导流筒的外部连通，所述单向阀ⅱ用于使径向流通口ⅱ向导流通道ⅱ单向导通；所述外层转向导流筒可转动地套设于外筒的外部，n个所述凸块ⅱ分别与n个所述外承压分隔板对应。
5.相对于现有技术，本发明的用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管的有益效果为：（1）注入蒸汽时，注入蒸汽的压力驱动外层挡砂介质总成逆时针旋转，使内层高精度挡砂部分与外层高精度挡砂部分沿径向对齐，从而形成由内层高精度挡砂部分与外层高精度挡砂部分组成的n/2条高导流注汽通道，注入的蒸汽通过高导流注汽通道进入地层，便于蒸汽的注入，提高了注汽效果，同时，注入蒸汽能够通过高导流注汽通道冲开部分沉积在筛管表面、筛管缝隙内的地层砂，以减轻防砂筛管的堵塞情况；开采时，地层流体的压力通过切向导流口ⅱ传递给外承压分隔板，驱动外层挡砂介质总成顺时针旋转360
°
/n，使内层高精度挡砂部分与外层高精度挡砂部分沿径向交错，从而形成由内层高精度挡砂部分与外层低精度挡砂部分或由外层高精度挡砂部分与内层低精度挡砂部分组成的n条挡砂过流通道，此时内层高精度挡砂部分与外层高精度挡砂部分主要起导流作用，而内层低精度挡砂部分与外层低精度挡砂部分主要起挡砂作用，地层流体通过挡砂过流通道进入井筒，既能够保证对地层砂的阻挡，又能够保持一定的产量，而且，内外层高、低精度挡砂介质的分级挡砂能够延长挡砂介质的堵塞周期，提高防砂有效期有利于蒸汽吞吐井长期高效开采。可见，本发明通过通过增设内层转向导流筒、外层挡砂介质总成和外层转向导流筒，依靠筛管内、外流体压力差实现外层挡砂介质总成的自动旋转以及定位，进而根据注入蒸汽或开采的需要实现内层挡砂介质和外层挡砂介质的不同位置组合，能够提高注入蒸汽效果、减轻筛管堵塞，提高防砂与开采效益。（2）注入蒸汽时，蒸汽由筛管内部流向地层，单向阀ⅰ在蒸汽压力的关闭径向流通口ⅰ，以保证蒸汽压力能够通过切向导流口ⅰ输出并传递给内承压分隔板，而蒸汽不会导致单向阀ⅱ关闭径向流通口ⅱ，因此能够增大注入蒸汽的入流面积，降低注入蒸汽的流动阻力；开采时，地层流体由地层进入筛管，单向阀ⅱ在地层流体压力的作用下关闭径向流通口ⅱ，以保证地层流体压力能够通过切向导流口ⅱ输出并传递给外承压
分隔板，而地层流体不会导致单向阀ⅰ关闭径向流通口ⅰ，因此能够增大地层流体的入流面积，降低地层流体的流动阻力。（3）本发明同样适用于其他注入流体的吞吐开采方式，比如注水采油或注聚合物采油等。
6.本发明的技术方案还有，n=8。
7.本发明的技术方案还有，所述内层高精度挡砂部分的挡砂精度与其所阻挡地层砂粒径中值的比值为1.5，所述内层低精度挡砂部分的挡砂精度与其所阻挡地层砂粒径中值的比值为1；所述外层高精度挡砂部分的挡砂精度与其所阻挡地层砂粒径中值的比值为1.5，所述外层低精度挡砂部分的挡砂精度与其所阻挡地层砂粒径中值的比值为1。上述参数均是依据前期大量实验规律及经验而得到，兼顾挡砂性能、流通性能以及机械性能，能够提高筛管使用寿命。
8.本发明的技术方案还有，所述单向阀ⅰ包括阀瓣ⅰ，所述阀瓣ⅰ采用弹性材料制成，所述阀瓣ⅰ设置于导流通道ⅰ内部，所述阀瓣ⅰ的一端与导流通道ⅰ的内壁连接，所述阀瓣ⅰ的另一端沿内层转向导流筒的径向向内延伸，所述阀瓣ⅰ的摆动能够打开或关闭径向流通口ⅰ；所述单向阀ⅱ包括阀瓣ⅱ，所述阀瓣ⅱ采用弹性材料制成，所述阀瓣ⅱ设置于导流通道ⅱ内部，所述阀瓣ⅱ的一端与导流通道ⅱ的内壁连接，所述阀瓣ⅱ的另一端沿外层转向导流筒的径向向外延伸，所述阀瓣ⅱ的摆动能够打开或关闭径向流通口ⅱ。采用本技术方案，注入蒸汽时，蒸汽由筛管内部流向地层，阀瓣ⅰ在蒸汽压力的作用下向外摆动，从而关闭径向流通口ⅰ，以保证蒸汽压力能够通过切向导流口ⅰ输出并传递给内承压分隔板，而蒸汽不会导致阀瓣ⅱ摆动，因此蒸汽能够通过径向流通口ⅱ进入地层；开采时，地层流体由地层进入筛管，阀瓣ⅱ在地层流体压力的作用下向内摆动，从而关闭径向流通口ⅱ，以保证地层流体压力能够通过切向导流口ⅱ输出并传递给外承压分隔板，而地层流体不会导致阀瓣ⅰ摆动，因此地层流体能够通过径向流通口ⅰ进入筛管。
9.本发明的技术方案还有，所述内层挡砂介质和外层挡砂介质均为金属烧结网。
10.本发明的技术方案还有，所述内层转向导流筒的外圆面设有内导轨，所述内承压分隔板的内端设有内滑块，所述内滑块与内导轨滑动配合；所述外层转向导流筒的内圆面设有外导轨，所述外承压分隔板的外端设有外滑块，所述外滑块与外导轨滑动配合。
11.本发明的技术方案还有，所述导流孔呈圆形，所述导流孔的直径为8
‑
10mm，所述导流孔的目数为50
‑
80孔/m；所述径向流通口ⅰ、切向导流口ⅰ、径向流通口ⅱ、切向导流口ⅱ均呈正方形，所述径向流通口ⅰ、切向导流口ⅰ、径向流通口ⅱ、切向导流口ⅱ的边长为8
‑
10mm。
12.本发明的技术方案还有，所述外承压分隔板和内承压分隔板的厚度均为5
‑
10mm。
13.本发明的技术方案还有，所述基管、内层转向导流筒、外层转向导流筒的材质为n80或p110钢材。
14.本发明还提供了一种用于出砂油气藏吞吐生产的开采工艺，包括上述的用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管，包括以下步骤：s1：进行注入蒸汽，注入蒸汽的压力通过切向导流口ⅰ传递给内承压分隔板，使内层高精度挡砂部分与外层高精度挡砂部分沿径向对齐，形成n/2条高导流注汽通道，注入的蒸汽通过高导流注汽通道进入地层，n为非零偶数；s2：焖井作业后，开井生产，地层流体的压力通过切向导流口ⅱ传递给外承压分隔板，驱动外层挡砂介质总成顺时针旋转360
°
/n，使内层高精度挡砂部分与外层高精度挡砂
部分沿径向交错，形成n条挡砂过流通道，地层流体通过挡砂过流通道进入井筒；s3：重复步骤s1、s2多次。
附图说明
15.图1为实施例一中的用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管沿其径向的剖视图。
16.图2为实施例一中的内层挡砂介质沿其径向的剖视图。
17.图3为实施例一中的内层转向导流筒的立体图。
18.图4为实施例一中的内层转向导流筒沿其径向的剖视图。
19.图5为实施例一中的转向导流机构ⅰ的立体图。
20.图6为实施例一中的转向导流机构ⅰ的注入蒸汽时的工作状态参考图。
21.图7为实施例一中的转向导流机构ⅰ的开采时的工作状态参考图。
22.图8为实施例一中的外层挡砂介质沿其径向的剖视图。
23.图9为实施例一中的转动套的立体图。
24.图10为实施例一中的转动套沿其径向的剖视图。
25.图11为实施例一中的外层转向导流筒的立体图。
26.图12为实施例一中的外层转向导流筒沿其径向的剖视图。
27.图13为实施例一种的转向导流机构ⅱ的立体图。
28.图14为实施例一中的转向导流机构ⅱ的注入蒸汽时的工作状态参考图。
29.图15为实施例一中的转向导流机构ⅱ的开采时的工作状态参考图。
30.图16为实施例一中的用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管的注入蒸汽时的工作状态参考图。
31.图17为实施例一中的用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管的开采时的工作状态参考图。
32.图中：1、基管，2、内层挡砂介质，3、内层转向导流筒，4、内导轨，5、内筒，6、外层挡砂介质，7、外筒，8、外导轨，9、外层转向导流筒，10、转向导流机构ⅰ，11、转向导流机构ⅱ，12、导流孔，13、过流孔，14、内承压分隔板，15、外承压分隔板，16、径向流通口ⅰ，17、切向导流口ⅰ，18、阀瓣ⅰ，19、蒸汽流动方向，20、生产流体流动方向，21、外层高精度挡砂部分，22、外层低精度挡砂部分，23、内层高精度挡砂部分，24、内层低精度挡砂部分，25、外滑块，26、夹层，27、径向流通口ⅱ，28、切向导流口ⅱ，29、内滑块，30、凸块ⅰ，31、凸块ⅱ，32、导流通道ⅰ，33、导流通道ⅱ，34、阀瓣ⅱ。
具体实施方式
33.以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明并不局限于此。因本发明比较复杂，因此实施方式仅对本发明的发明点部分进行详述，本发明未详述部分均可采用现有技术。
34.实施例一：图1
‑
图17示出了本发明的实施例一。
35.本实施例提供了一种用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管，如图1所示，
包括由内向外依次设置的基管1、内层挡砂介质2、内层转向导流筒3、外层挡砂介质总成和外层转向导流筒9。
36.所述基管1的材质为n80钢材，所述基管1上设有导流孔12，所述导流孔12呈圆形，所述导流孔12的直径为9mm，所述导流孔12的目数为70孔/m。所述基管1起支撑作用，所述导流孔12提供油气入流通道。
37.所述内层挡砂介质2为采用三层316l不锈钢滤网烧结而成的金属烧结网，厚度约为1.2mm。所述内层挡砂介质2呈圆筒状，紧贴在基管1外壁上，其首尾两端与基管1端部通过焊接固定。如图2所示，沿所述内层挡砂介质2的周向，所述内层挡砂介质2包括交替布置的内层高精度挡砂部分23和内层低精度挡砂部分24，每个所述内层高精度挡砂部分23或内层低精度挡砂部分24对应的圆心角为45
°
。所述内层高精度挡砂部分23的挡砂精度(滤网网孔能够允许通过的地层砂颗粒最大等效圆直径)与其所阻挡地层砂粒径中值（地层砂半对数累计质量分布曲线上，累计质量分数50%对应的砂粒直径）的比值为1.5，所述内层低精度挡砂部分24的挡砂精度与其所阻挡地层砂粒径中值的比值为1。
38.所述内层转向导流筒3的材质为n80钢材。所述内层转向导流筒3的首尾两端与基管1端部焊接固定。如图3、图4所示，所述内层转向导流筒3上设有转向导流机构ⅰ10，在同一水平面上，所述转向导流机构ⅰ10沿内层转向导流筒3的周向间隔均布有八个，如图5所示，所述转向导流机构ⅰ10包括凸块ⅰ30、单向阀ⅰ。所述凸块ⅰ30呈长方体状，所述凸块ⅰ30固设在内层转向导流筒3的外圆面上，所述凸块ⅰ30的内部设有导流通道ⅰ32，所述凸块ⅰ30上设有径向流通口ⅰ16和切向导流口ⅰ17，所述径向流通口ⅰ16、切向导流口ⅰ17、均呈正方形，所述径向流通口ⅰ16、切向导流口ⅰ17、径向流通口ⅱ27的边长为9mm。所述径向流通口ⅰ16沿内层转向导流筒3的径向朝外设置，所述切向导流口ⅰ17沿内层转向导流筒3的切向朝右设置，所述径向流通口ⅰ16和切向导流口ⅰ17均通过导流通道ⅰ32与内层转向导流筒3的内部连通。所述单向阀ⅰ用于使径向流通口ⅰ16向导流通道ⅰ32单向导通，具体的，所述单向阀ⅰ包括阀瓣ⅰ18，所述阀瓣ⅰ18采用弹性材料制成，所述阀瓣ⅰ18设置于导流通道ⅰ32内部，所述阀瓣ⅰ18的一端与导流通道ⅰ32的内壁连接，所述阀瓣ⅰ18的另一端沿内层转向导流筒3的径向向内延伸，所述阀瓣ⅰ18的摆动能够打开或关闭径向流通口ⅰ16（如图6、图7所示）。
39.所述外层挡砂介质总成包括转动套和外层挡砂介质6。
40.如图9、图10所示，所述转动套包括内筒5和外筒7，所述内筒5和外筒7上均设有过流孔13。所述外筒7固定套设于内筒5的外部并与内筒5间隔有夹层26。所述内筒5的内圆面设有与八个凸块ⅰ30分别对应的八个内承压分隔板14，所述外筒7的外圆面设有八个外承压分隔板15，八个所述外承压分隔板15分别与八个所述内承压分隔板14沿转动套的径向对齐。所述内筒5可转动地套设于内层转向导流筒3的外部，具体的，所述内层转向导流筒3的外圆面设有内导轨4，所述内承压分隔板14的内端设有内滑块29，所述内滑块29与内导轨4滑动配合。所述外承压分隔板15和内承压分隔板14的厚度均为8mm。
41.所述外层挡砂介质6为采用三层316l不锈钢滤网烧结而成的金属烧结网，厚度约为1.2mm。所述外层挡砂介质6呈圆筒状，所述外层挡砂介质6与转动套固定连接并设置于夹层26中。如图8所示，沿所述外层挡砂介质6的周向，所述外层挡砂介质6包括交替布置的外层高精度挡砂部分21和外层低精度挡砂部分22，每个所述外层高精度挡砂部分21或外层低精度挡砂部分22对应的圆心角为45
°
。所述外层高精度挡砂部分21的挡砂精度(滤网网孔能
够允许通过的地层砂颗粒最大等效圆直径)与其所阻挡地层砂粒径中值（地层砂半对数累计质量分布曲线上，累计质量分数50%对应的砂粒直径）的比值为1.5，所述外层低精度挡砂部分22的挡砂精度与其所阻挡地层砂粒径中值的比值为1。
42.所述外层转向导流筒9的材质为n80钢材。所述外层转向导流筒9的首尾两端与基管1端部焊接固定。如图11、图12所示，所述外层转向导流筒9上设有转向导流机构ⅱ11。在同一水平面上，所述转向导流机构ⅱ11沿外层转向导流筒9的周向间隔均布有八个，八个所述转向导流机构ⅱ11分别与八个所述转向导流机构ⅰ10沿外层转向导流筒9的径向对齐。如图13所示，所述转向导流机构ⅱ11包括凸块ⅱ31、单向阀ⅱ。所述凸块ⅱ31呈长方体状，所述凸块ⅱ31固设在外层转向导流筒9的内圆面上，所述凸块ⅱ31的内部设有导流通道ⅱ33，所述凸块ⅱ31上设有径向流通口ⅱ27和切向导流口ⅱ28，所述径向流通口ⅱ27、切向导流口ⅱ28均呈正方形，所述径向流通口ⅱ27、切向导流口ⅱ28的边长为9mm。所述径向流通口ⅱ27沿外层转向导流筒9的径向朝内设置，所述切向导流口ⅱ28沿外层转向导流筒9的切向朝左设置，所述径向流通口ⅱ27和切向导流口ⅱ28均通过导流通道ⅱ33与外层转向导流筒9的外部连通。所述单向阀ⅱ用于使径向流通口ⅱ27向导流通道ⅱ33单向导通，具体的，所述单向阀ⅱ包括阀瓣ⅱ34，所述阀瓣ⅱ34采用弹性材料制成，所述阀瓣ⅱ34设置于导流通道ⅱ33内部，所述阀瓣ⅱ34的一端与导流通道ⅱ33的内壁连接，所述阀瓣ⅱ34的另一端沿外层转向导流筒9的径向向外延伸，所述阀瓣ⅱ34的摆动能够打开或关闭径向流通口ⅱ27（参见图14、图15）。所述外层转向导流筒9可转动地套设于外筒7的外部，具体的，所述外层转向导流筒9的内圆面设有外导轨8，所述外承压分隔板15的外端设有外滑块25，所述外滑块25与外导轨8滑动配合。八个所述凸块ⅱ31分别与八个所述外承压分隔板15对应。
43.本实施例还提供了一种用于出砂油气藏吞吐生产的开采工艺，包括上述的用于出砂油气藏吞吐生产的智能调控防砂筛管，包括以下步骤：s1：进行注入蒸汽，注入蒸汽的压力通过切向导流口ⅰ17传递给内承压分隔板14，使内层高精度挡砂部分23与外层高精度挡砂部分21沿径向对齐，形成4条高导流注汽通道（参见图16），注入的蒸汽通过高导流注汽通道进入地层，便于蒸汽的注入，提高了注汽效果，同时，注入蒸汽能够通过高导流注汽通道冲开部分沉积在筛管表面、筛管缝隙内的地层砂，以减轻防砂筛管的堵塞情况；此过程中，阀瓣ⅰ18在蒸汽压力的作用下向外摆动，从而关闭径向流通口ⅰ16（参见图6），以保证蒸汽压力能够通过切向导流口ⅰ17输出并传递给内承压分隔板14，而蒸汽不会导致阀瓣ⅱ34摆动（参见图14），因此能够增大注入蒸汽的入流面积，降低注入蒸汽的流动阻力；s2：焖井作业后，开井生产，地层流体的压力通过切向导流口ⅱ28传递给外承压分隔板15，驱动外层挡砂介质总成顺时针旋转，当转动角度达到45
°
时，凸块ⅰ30、凸块ⅱ31分别阻挡内承压分隔板14和外承压分隔板15，使内层高精度挡砂部分23与外层高精度挡砂部分21沿径向交错，形成八条挡砂过流通道（参见图17），地层流体通过挡砂过流通道进入井筒，此时内层高精度挡砂部分23与外层高精度挡砂部分21主要起导流作用，而内层低精度挡砂部分24与外层低精度挡砂部分22主要起挡砂作用，地层流体通过挡砂过流通道进入井筒，既能够保证对地层砂的阻挡，又能够保持一定的产量，而且，内外层高、低精度挡砂介质的分级挡砂能够延长挡砂介质的堵塞周期，提高防砂有效期，有利于蒸汽吞吐井长期高效开采；此过程中，阀瓣ⅱ34在地层流体压力的作用下向内摆动，从而关闭径向流通口ⅱ27
（参见图15），以保证地层流体压力能够通过切向导流口ⅱ28输出并传递给外承压分隔板15，而地层流体不会导致阀瓣ⅰ18摆动（参见图7），因此地层流体能够通过径向流通口ⅰ16进入筛管；s3：重复步骤s1、s2多次。
44.上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。