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国内外疏松砂岩油气藏分布广泛,或多或少存在出砂现象,无论单独机械筛管防砂还是砾石充填防砂,筛管作为一种简单但必不不少的防砂工具,在防砂领域有着非常重要的作用。挡砂精度是筛管的主要性能参数之一,其合理选取和设计对于防砂效果起关键作用。现有筛管在生产后挡砂精度不可调整,生产处于被动,且油田不能针对单井设计针对性的挡砂精度,影响了防砂效果。针对这些问题提出了现场可调精度防砂筛管的概念,并进行了设计研究。
本文针对现场使用的各种挡砂介质,进行了精度可调的可行性分析,选定了双割缝管组合并在此基础上完成了垂直和水平割缝管的可调精度挡砂层及相应的挡砂精度精密调节机构的设计;论文还设计了新型低流阻基管、抗冲蚀外保护套及固定精度挡砂层,进行了整体的装配,最终完成了现场可调精度防砂筛管整体设计。为了检测筛管性能,分别针对部分和整体挡砂介质设计了两套筛管性能检测的实验装置,并研究得出了一套筛管性能评价指标及评价方法;设计了割缝片组合模拟可调精度挡砂层,采用组合缝紧夹着的刀片厚度作为组合缝宽,实验结果表明缝宽准确度为97.0%,证明缝宽的确定方法以及挡砂精度的调节都是可行的;驱替实验表明,割缝片和金属筛网都具有良好的挡砂性能。对割缝管和基管进行有限元强度模拟分析发现,应力集中主要发生在矩形割缝两端的内侧,由此论文将矩形割缝的两端改进为圆弧过渡结构,改进后抗压强度提升19.8%,抗弯强度提升8.8%,抗拉强度提升4.8%。割缝对原管体的抗压强度影响最大,强度可降低90%以上;基管交错布孔比平行布孔的剩余强度高出5~30%。打孔对基管抗拉强度的影响最大,强度可降低50%以上。对割缝管和基管进行流动模拟分析发现,缝宽对割缝的流阻影响最大、缝长次之、管厚度的影响最小。将矩形缝端改进为圆弧过渡结构后,流阻降低6.5%;孔径越小或孔密越小,基管流阻越大,将圆柱形孔改进为圆形过渡柱形孔后,流阻降低了31.5%,模拟效果较好。