一种智能自解堵防砂筛管及其使用方法与流程

1.本发明属于油气开采中的筛管防砂完井技术领域，具体地讲，本发明涉及一种智能自解堵防砂筛管。


背景技术：

2.弱胶结疏松砂岩易出砂储层在世界范围内分布广泛、开发潜力巨大，是油气开采的主要目标之一。出砂问题一直以来是制约弱胶结疏松砂岩易出砂储层高效开采的一大难题，地层产出砂被流体携带进入油井生产段，会造成井筒堵塞、磨损设备等一系列负面后果，因此防砂是疏松砂岩储层油气开发的重要技术手段。
3.防砂筛管是主要的防砂工具之一，目前存在的问题主要有：（1）在地层来流携砂冲击下面临严重堵塞的风险，筛管堵塞后渗透率急速下降，可造成90%以上的渗透率损伤，导致产量降低，影响油田生产的效益。（2）对于上述提到的防砂筛管堵塞问题，目前应对的措施包括反洗井、注解堵剂等，解堵效率低、成本较高，缺乏具有针对性的防砂解堵优化措施。
4.针对堵塞问题，目前对筛管挡砂介质堵塞的解释主要为内部桥架和外部分选桥架两种堵塞机制的共同作用：（1）筛管挡砂介质内部桥架堵塞机制。如图1所示，低于介质挡砂精度的地层砂颗粒侵入介质内部，该类地层砂中较细的部分通过挡砂介质层；而较粗的颗粒则难以突破并滞留在挡砂介质孔隙内部中，形成筛管挡砂介质内部的桥架堵塞，造成挡砂介质渗透率下降。（2）筛管外部分选桥架堵塞机制。在投产初期，高于介质挡砂精度的砂粒难以侵入介质内部，会以分选桥架的形式被阻挡在筛管表面，累积达到一定厚度后成为新的挡砂层，其孔喉结构小于筛管挡砂介质孔喉尺寸，进而可以阻挡更细的地层砂。以此类推可以实现稳定防砂效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对上述存在的问题，针对以上问题，本发明提供一种智能自解堵防砂筛管及其使用方法，该发明为解决防砂筛管堵塞难题提供有效支撑，提高油井产量同时降低了施工成本，提高了经济效益。
6.为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种智能自解堵防砂筛管，包括基管、外保护罩、滤网和入流控制器，所述滤网和外保护罩由内向外依次套设在基管外部，所述基管与滤网之间设有环形空间；所述基管上有若干基管孔和入流控制器，所述入流控制器用于控制滤网与基管内腔之间的导通与关闭。
7.进一步的，所述入流控制器包括挡板、限制器和支撑架，所述支撑架上设有入流通道，所述限制器设置在支撑架上并位于入流通道的外侧，所述限制器用于支撑挡板紧贴滤网，所述支撑架的内端设有限位器，所述限位器用于限制挡板向内移动的位置。
8.进一步的，所述的支撑架包括支撑杆和安装环，安装环与基管的控制器安装孔配合，所述安装环连接四个均匀分布的支撑杆；四个所述支撑杆的上下两端分别与一个限制器和一个限位器相焊接；所述挡板在入流控制器关闭状态下置于限制器上方。
9.进一步的，所述挡板包括橡胶层和金属层，挡板架于限制器上并紧贴上方入流控制器滤网部分。优选的，所述的橡胶层为弧形，配合上方滤网内壁。
10.进一步的，所述限制器为长条状金属短条。
11.进一步的，挡板和安装环的形状为圆形。优选的，所述的挡板和安装环的形状为椭圆形或长方形，可以根据实际制造成本、使用数量、设置安装孔对基管强度影响等因素，改变为任意适合的形状。
12.优选的，所述基管采用标准油管或套管加工而成，基管上开设贯穿管壁的基管孔，基管孔为圆形，基管孔在基管的管壁均匀分布，基管孔的孔密为30
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100孔/米，直径为8
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10mm，基管和基管孔的主要作用为保证筛管整体强度，提供油气入流通道。
13.优选的，所述外保护罩的材质为304钢，厚度1
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2mm。所述滤网为精密滤网，材质为316l钢材，标称精度与地层砂的比值为0.7
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1。
14.进一步的，所述入流控制器采用井上控制开启方式，所述安装环位置设置电控开关，通过舵机控制限制器在挡板上方的伸缩，用于解除限制器对挡板的支撑，所述限制器为长条板使用316l钢材质，支撑腿上方内部中空，支撑腿内部安装有舵机，舵机的电机轴竖直设置，舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，舵机的电机轴上安装有圆盘，限制器与支撑腿垂直设置并可回缩至支撑腿上方内部中控的空间内，圆盘可带动限制器伸缩，电控开关可在地面进行可选择性操控，舵机与电控开关电连接，电控开关与地面控制开关电连接或无线连接，在油井生产平稳后根据测井曲线优先开启高渗透率区域的入流控制器。
15.一种智能自解堵防砂筛管的使用方法包括以下步骤：步骤1:在筛管下入井道前，在筛管的基管上安装入流控制器，在生产初期关闭入流控制器滤网部分区域的流动通道，使滤网的这部分区域在生产初期不受砂侵而保持流动能力。根据油藏物性及介质堵塞程度，在基管上的控制器安装孔安装入流控制器，通过在砂桥形成前期保留入流控制器滤网部分的渗流能力，在砂桥形成后压力达到设定值后开启，放开入流控制器滤网部分渗流能力，根据预计堵塞程度计算入流控制器的开启压力；入流控制器的挡板包括橡胶层和金属层，架于限制器上并紧贴上方入流控制器滤网部分，确保对上方入流控制器滤网部分的充分贴合并且不会损伤丝网结构，使该区域内的入流控制器滤网部分无流动能力，从而在生产初期不会因砂侵而失去渗透率，所述挡板表面积应满足（1）式中，为筛管外径，单位m；l为该段筛管长度，单位m；为单个挡板表面积，单位m2；为该段筛管上入流控制器个数，单位个；为预测得到的防砂介质堵塞渗透率损伤率，无量纲；步骤2：携砂液体通过外保护罩后穿过滤网和基管孔进入管道内，砂砾在滤网表面受到阻挡而沉积，逐渐形成堵塞滤网，在生产后期，砂桥形成新的挡砂层，此时开启部分或全部的入流控制器，入流控制器采用环空加压方式控制开启，限制器的剪切破坏压力远高于生产压差，所述限制器剪切破坏的合理时间根据砂桥稳定程度来确定，在油井产量逐渐平衡后即可选择剪切破坏限制器，达到最低砂桥稳定时间后向套管环空内快速挤入流体使
筛管内外压差达到限制器剪切破坏范围，限制器破坏挡板向内滑落并被限位器控制，从而上方入流控制器滤网部分的流动能力被打开，液体主要通过入流控制器滤网部分流入控制器并通过支撑架空隙流入基管内，生产过程中可流通滤网逐渐堵塞并在上方形成挡砂桥架结构，随着生产的持续及颗粒运动，砂桥逐渐扩展至整个区域，由于此时砂桥承担主要的挡砂能力，因此该部分入流控制器滤网部分可以避免介质内堵塞从而具备较高的流通性能，所述限制器为长条状金属短条，其剪切破坏压力计算公式如（2）、（3）所示；（2）（3）式（2）、（3）中，为限制器剪切破坏压力，单位mpa；为介质堵塞平衡后筛管内外最高压差，单位mpa；为限制器开启压力余量，单位mpa，一般建议>2mpa；q为产液量，单位m3/d;为流体黏度，单位mpa.s；为筛管内径，单位m；为堵塞平衡后渗透率，单位d，在砂桥所形成的新的挡砂层的作用下，该入流控制器对应的滤网部分不会被堵塞，使筛管在生产后期仍具有较好的流动能力。
16.在步骤1
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2中将上述智能自解堵式防砂筛管应用于强非均质性疏松砂岩油藏，所述智能自解堵式防砂筛管应用于采油井中，强非均质性疏松砂岩油藏存在局部区域快速入流情况，会形成局部堵塞热点，难以通过环空加压开启入流控制器；采用井上电控开关方式控制开启，所述安装环位置设置有电控开关，用于解除限制器对挡板的支撑，所述限制器使用316l钢材质，不再采用原剪切破坏压力计算方法，所述电控开关可在地面进行可选择性操控，在油井生产平稳后根据测井曲线优先开启高渗透率区域的入流控制器。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、针对防砂筛管在地层来流携砂冲击下的严重堵塞降产问题，本发明通过在基管上设置若干入流控制器，在生产初期关闭滤网部分区域的流动通道，使滤网的这部分区域在生产初期不受砂侵而保持流动能力，在生产后期，砂桥形成新的挡砂层，其孔喉结构小于滤网的孔喉尺寸，进而可以阻挡更细的地层砂，此时开启部分或全部的入流控制器，在砂桥所形成的新的挡砂层的作用下，该部分入流控制器对应的滤网不会被堵塞，使筛管在生产后期仍具有较好的流动能力，根据模拟结果，堵塞后可以恢复产能40%以上。
18.2、入流控制器可通过环空加压的方式开启，开启方式简易。
19.3、本发明提供的智能自解堵式防砂筛管参数设计与井底工况模拟相结合，从而有针对性的进行入流控制器数量及参数个性化设计，可得到更好的解堵效果。
20.4、针对强非均质性地层出砂井，本发明提供了一种地面控制解堵的设计方法，通过在入流控制器安装电控开关，直接完成入流控制器的打开和流通区域的开放，开启的流通区域具有可选择性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本技术提供的筛管挡砂介质内外桥架堵塞规律示意图；图2为本技术提供的为入流控制器横截面示意图；图3为入流控制器关闭时流动状态示意图；图4为入流控制器关闭时砂桥逐渐形成过程示意图；图5为入流控制器开启后流动状态示意图；图6为电控开启式入流控制器结构示意图。
23.附图标记：1、支撑杆；2、安装环；3、限制器；4、限位器；5、挡板；6、基管；7、滤网；8、外保护罩；9、基管孔；10、砂桥；11、电控开关；12、控制器安装孔；51、橡胶层；52、金属层。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.如图2
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6实施例一本发明提供如下技术方案：一种智能自解堵防砂筛管，包括基管6、外保护罩8、滤网7和入流控制器，所述滤网7和外保护罩8由内向外依次套设在基管6外部，所述基管6与滤网7之间设有环形空间；所述基管6上有若干基管孔9和入流控制器，所述入流控制器用于控制滤网7与基管6内腔之间的导通与关闭。
27.所述入流控制器包括挡板5、限制器3和支撑架，所述支撑架上设有入流通道，所述限制器3设置在支撑架上并位于入流通道的外侧，所述限制器3用于支撑挡板5紧贴滤网，所述支撑架的内端设有限位器4，所述限位器4用于限制挡板5向内移动的位置。支撑架包括支撑杆1和安装环2，安装环2与基管6的控制器安装孔12配合，所述安装环2连接四个均匀分布的支撑杆1；四个所述支撑杆1的上下两端分别与一个限制器3和一个限位器4相焊接；所述挡板5在入流控制器关闭状态下置于限制器3上方。
28.挡板5包括橡胶层51和金属层52，挡板5架于限制器上并紧贴上方入流控制器滤网7部分。优选的，所述的橡胶层51为弧形，配合上方滤网7内壁。限制器3为长条状金属短条，可采用环空加压方式剪切限制器3。
29.挡板5和安装环2的形状为圆形。优选的，所述的挡板5和安装环2的形状为椭圆形或长方形，可以根据实际制造成本、使用数量、设置安装孔对基管强度影响等因素，改变为任意适合的形状。
30.基管6采用标准油管或套管加工而成，基管6上开设贯穿管壁的基管孔9，基管孔9为圆形，基管孔9在基管6的管壁均匀分布，基管孔9的孔密为30
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100孔/米，直径为8
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10mm，
基管6和基管孔9的主要作用为保证筛管整体强度，提供油气入流通道。外保护罩的材质为304钢，厚度1
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2mm。所述滤网7为精密滤网，材质为316l钢材，标称精度与地层砂的比值为0.7
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1。
31.入流控制器采用井上电控开关方式控制开启，所述安装环位置设置电控开关，通过舵机控制限制器在挡板上方的伸缩，用于解除限制器对挡板的支撑，所述限制器为长条板使用316l钢材质，支撑腿上方内部中空，支撑腿内部安装有舵机，舵机的电机轴竖直设置，舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，舵机的电机轴上安装有圆盘，限制器与支撑腿垂直设置并可回缩至支撑腿上方内部中控的空间内，圆盘可带动限制器伸缩，电控开关可在地面进行可选择性操控，舵机与电控开关电连接，电控开关与地面控制开关电连接或无线连接，在油井生产平稳后根据测井曲线优先开启高渗透率区域的入流控制器。
32.一种智能自解堵防砂筛管的使用方法包括以下步骤：步骤1:在筛管下入井道前，在筛管的基管上安装入流控制器，在生产初期关闭入流控制器滤网部分区域的流动通道，使滤网的这部分区域在生产初期不受砂侵而保持流动能力。根据油藏物性及介质堵塞程度，在基管上的控制器安装孔安装入流控制器，通过在砂桥形成前期保留入流控制器滤网部分的渗流能力，在砂桥形成后压力达到设定值后开启，放开入流控制器滤网部分渗流能力，根据预计堵塞程度计算入流控制器的开启压力；入流控制器的挡板5包括橡胶层51和金属层52，架于限制器3上并紧贴上方入流控制器滤网部分，确保对上方入流控制器滤网部分的充分贴合并且不会损伤丝网结构，使该区域内的入流控制器滤网部分无流动能力，从而在生产初期不会因砂侵而失去渗透率，所述挡板5表面积应满足（1）式中，为筛管外径，单位m；l为该段筛管长度，单位m；为单个挡板表面积，单位m2；为该段筛管上入流控制器个数，单位个；为预测得到的防砂介质堵塞渗透率损伤率，无量纲；与下文堵塞后渗透率的计算参考文献“董长银.防砂井挡砂介质堵塞规律实验及堵塞程度定量预测模型[j].实验力学.2017.3”；步骤2：携砂液体通过外保护罩8后穿过滤网7和基管孔9进入管道内，砂砾在滤网7表面受到阻挡而沉积，逐渐形成堵塞滤网，在生产后期，砂桥形成新的挡砂层，此时开启部分或全部的入流控制器，入流控制器采用环空加压方式控制开启，限制器3的剪切破坏压力远高于生产压差，所述限制器3剪切破坏的合理时间根据砂桥稳定程度来确定，在油井产量逐渐平衡后即可选择剪切破坏限制器3，达到最低砂桥稳定时间后向套管环空内快速挤入流体使筛管内外压差达到限制器3剪切破坏范围，限制器3破坏，挡板5向内滑落并被限位4控制，从而上方入流控制器滤网部分的流动能力被打开，液体主要通过入流控制器滤网部分流入控制器并通过支撑架空隙流入基管6内，生产过程中可流通滤网逐渐堵塞并在上方形成挡砂桥架结构，随着生产的持续及颗粒运动，砂桥逐渐扩展至整个区域，由于此时砂桥承担主要的挡砂能力，因此该部分入流控制器滤网部分可以避免介质内堵塞从而具备较高的流通性能，所述限制器为长条状金属短条，其剪切破坏压力计算公式如（2）、（3）所示；
（2）（3）式（2）、（3）中，为限制器剪切破坏压力，单位mpa；为介质堵塞平衡后筛管内外最高压差，单位mpa；为限制器开启压力余量，单位mpa，一般建议>2mpa；q为产液量，单位m3/d;为流体黏度，单位mpa.s；为筛管内径，单位m；为堵塞平衡后渗透率，单位d，在砂桥所形成的新的挡砂层的作用下，该入流控制器对应的滤网部分不会被堵塞，使筛管在生产后期仍具有较好的流动能力。
[0033]
在步骤1
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2中将上述智能自解堵式防砂筛管应用于强非均质性疏松砂岩油藏，所述智能自解堵式防砂筛管应用于采油井中，强非均质性疏松砂岩油藏存在局部区域快速入流情况，会形成局部堵塞热点，难以通过环空加压开启入流控制器；采用井上电控开关方式控制开启，所述安装环2位置设置有电控开关11，用于解除限制器3对挡板5的支撑，所述限制器使用316l钢材质，不再采用原剪切破坏压力计算方法，所述电控开关11可在地面进行可选择性操控，在油井生产平稳后根据测井曲线优先开启高渗透率区域的入流控制器。
[0034]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。