防砂筛管性能评价装置方案研究

郉厚伟，麻惠杰，涂 东，王建宝

（1.渤海石油装备（天津）中成机械制造有限公司，天津 300280；2.中国石油大港油田分公司采油四厂（滩海公司），天津 300280；3.中国石化西北油田分公司采油二厂开发研究所，新疆库尔勒 841600）

0 引言

疏松砾石地层防砂筛管是主要的防砂工艺之一，维持油田正常生产的关键措施就是防止油层出砂[1]。防砂工艺技术为油田正常开发提供了有力支撑，现场应用的防砂工艺装置种类繁多，基本都要通过长期使用，才能分辨出针对不同的底层状况相适应的防砂筛管工艺。针对这种现状开发出防砂筛管特性评价试验装置，能够方便地对多种完井方式下的筛管试样性能进行评价试验。为完井筛管的结构优选与参数设计提供科学的基础和依据，后期新型防砂筛管的设计开发及现场应用提供了一套测试方法[1，5]。

1 防砂筛管评价装置研究目的

评价防砂筛管挡砂性能；评价防砂筛管抗堵塞能力；评价砾石充填防砂效果与砾石充填工艺参数之间（砾石充填层厚度、砾石粒度分布）的关系。

2 防砂筛管评价装置工艺流程

该装置主要由4 个主体工艺部分（混砂系统、泵砂系统、实验筒组、固液分离系统）和3 个辅助工艺部分（软件控制系统、废液回收系统、装置保养维修系统）构成。筛管评价装置工艺流程如图1 所示。

3 防砂筛管评价装置系统组成

（1）混砂系统用来配置实验用液，并且提供既定浓度的均匀砂浆。主体由2 m3带离心泵自循环的供液池（自循环管线上加装负压吸入粉末物质的装置），配胍胶液和2 个0.5 m3搅拌池组成。2 m3供液池采用8 mm 的不锈钢制成，远程控制三通不锈钢阀门控制砂浆泵供液方向。

（2）负压吸入粉末装置。采用多极文丘里管真空泵产生的负压将粉末吸入或利用喷射泵经喷嘴后，在腔室内产生的负压将粉末吸入的方法，两种装置均可准确、均匀加装粉末。

图1 筛管评价装置工艺流程

（3）0.5 m3搅拌池。采用立式搅拌罐，顶部电驱搅拌器（材料304），锚式叶轮，罐体材料304，罐体尺寸Φ800×10 000 mm，壁厚6 mm，整机功率2.2 kW。

（4）均匀加砂装置。采用水平或小角度可调JLS 型计量螺旋输送机称量系统向搅拌罐加砂，料仓加装特殊称重系统，实现添加计量的精确控制，输送量0.5 m3/h。

（5）泵砂系统是整个实验装置的动力来源，向实验筒组泵入实验流体。主要由双柱塞式加砂泵组成，变频控制电机驱动，可控制泵排量，最大工作排量可稳定在2 m3/h，满足砂浆浓度为0.2%（体积比）泵注要求，最大工作压力20 MPa。泵出口管线装有压力变送器，泵吸入口装有电磁流量计。

（6）实验筒组由实验筒支架和各实验筒构成，实验筒支架用来安装连接各实验筒（满足同时连接3 个实验筒并实验）；实验筒用来模拟不同的防砂方式（挡砂或充填）。

（7）评价筛管性能试验筒。采用9-5/8 in 不锈钢套管作为试验筒，试验筒内径Φ220 mm，筒底采用带内套管扣并带有凹十字卡槽的密封帽封堵。井口采用带内套管扣并附一组开式密封的密封帽封堵。进、出液方式：180°相位对称进液，筛管中心管出液。试验井筒内留有压力监测点，出液口管线装有压力变送器、电动调节阀，电动调节阀后装有电磁流量计。试验井筒高约600 mm，进液口中心距筒底400 mm。

（8）评价砾石充填效果试验筒。试验筒外筒内径分别为200 mm、240 mm，内筒内径分别为124 mm、159 mm，筒底采用带内套管扣并带有凹十字卡槽的密封帽封堵，充填筛管约定为0.5 m 长，一端采用带内套管扣并带有凸十字卡槽的密封帽封堵，一端采用2-7/8 in 或3-1/2 in 平式油管扣。进、出液方式：120°三相位进液，每相位2 个进液口，筛管上端出液。

内筒螺旋布孔，孔径10 mm，内径124 mm，内筒200 孔/m，内径159 mm 内筒300 孔/m，作为压力检测点位。两内筒并附Φ0.3 mm 不锈钢网，出液口管线装有压力变送器、电动调节阀，电动调节阀后装有电磁流量计。

（9）固液分离系统是整个实验流程的末端，收集实验过程中产出液，并可以循回至混砂系统中的配液池。同时可以根据实验进程切换收集单位体积带砂产出液，经过沉淀处理后，收集单位体积产出砂（图2）。由6 级沉砂罐（每个沉砂罐0.15 m3）和一个1 m3的方罐组成。可收集产出液，并可循环回混砂系统中的配液池。同时可根据需要收集单位体积带砂产出液，经沉淀处理后，收集单位产出砂，管线进出阀均采用电控阀自动控制。

图2 固液分离系统

（10）软件控制系统。用来控制整个实验过程并采集实验数据，形成初步实验报告。

（11）废液回收系统。回收实验完成后配液池、固液分离系统中的液体。

（12）装置维修保养系统。该系统可以满足实验技术人员经过简单操作即可对实验各流程单元进行拆卸、保养维护、更换等操作。

4 防砂筛管评价装置系统功能及参数

混砂系统2 m3供液池用来配实验用携砂液，并且通过三通闸门控制（手动或远程控制）向搅拌池供液；0.5 m3搅拌池用来混砂，由三通控制（手动或远程控制）分别向泵砂系统供砂浆。泵砂系统主要由加砂工作泵（柱塞泵）构成，工作泵最大工作排量稳定在2 m3/h 并且变频控制；满足砂浆浓度为0.2%（体积比）泵注要求，其中砂粒粒径在0～1 mm；工作压力≤20 MPa。

实验井筒组主体由评价筛管性能实验筒、砾石充填效果实验筒（2 个）并联组成。3 个实验筒固定在基座支架上，可根据实验目的随时切换实验筒。

4.1 评价筛管性能实验筒

（1）尺寸范围。实验筒内壁直径220 mm，高度根据筛管试件长度以及实验筒上下附件优化设计（长度为0.5 m 的筛管试件，其中筛管试件一端封闭，一端是2-7/8 in、3-7/8 in、4 in、5-1/2 in、7 in平式扣）。

（2）进液、出液方式。180°对称进液，上端出液。

（3）其他。实验筒内有压力检测点。

4.2 评价砾石充填效果实验筒

（1）尺寸范围。外筒内壁直径分别为Φ200 mm、Φ240 mm，内筒内壁直径分别为124 mm、159 mm，充填筛管长0.5 m，其中筛管试件一端封闭，一端是2-7/8 n 或3-1/2 in 平式油管扣。

（2）进液、出液方式。120°3 相位，每相位2 进液口，实现均匀进液，上端出液。

（3）其他。压力检测点，内筒螺旋布孔，孔径10 mm，孔密：每米200 孔（内直径124 mm）、300 孔（内直径159 mm）。内筒附一层Φ0.3 mm 不锈钢网，筛管试件密闭端和实验筒底采用十字卡槽固定居中。

固液分离系统是整个实验流程的末端，收集实验过程中产出液，经过沉淀处理后，收集单位体积产出砂，压力0～20 MPa；压力测量精度±0.1%FS；流量0～2 m3/h；流量测量精度±0.5%FS（可根据要求提高）。

5 应用结论

防砂筛管评价装置2017 年配置完成，制造过程中对测试精度及设备配置进行了调整。邀请各大油田专家及当地质量技术监督局对防砂筛管的性能评价过程依据标准进行了验收，工艺流程布置、设备配置、控制先进水平、测试精度、测试范围（动力、流量）、测试安装方便，以及节能减排等方面都达到了国内同行业较高水平。近几年先后进行了多种参数配比实验，多种规格防砂筛管性能实验，并设置模拟不同地层工况进行性能评价。同后期的现场应用数据比较，基本可以体现和模拟出防砂筛管的性能，测试结果得到了防砂筛管生产企业的认可。为企业技术升级，产品改进提供了非常准确的第一手现场数据依据。