一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管的制作方法

1.本发明涉及石油与天然气及天然气水合物井下钻采工具技术领域，尤其涉及一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管。

背景技术：

2.天然气水合物大多赋存于海底黏土质粉砂或淤泥质沉积物中，一般采用大位移井或水平井进行开采，开采中的出砂问题对能否持续性顺利开采至关重要。常见的防砂方法分为机械防砂、化学防砂和复合防砂，目前机械防砂为主流的防砂工艺。
3.机械防砂是通过改善筛管缝隙和砾石充填层的多孔介质结构，能够有效阻挡地层砂的产出而允许流体、气体通过。油气田开采现场使用较多的机械筛管主要有绕丝筛管、割缝筛管、金属棉滤砂管、精密复合筛管等。但天然气水合物储层与石油天然气储层有其特殊性：地层砂粒径中值更小、储层泥质含量更高、储层疏松、胶结性能差、更容易出砂。需要在通用的防砂技术的基础上进行创新，能应用于水合物的开采中。
4.如今的水合物试采中，防砂工艺大多采用砾石充填，实践证明，对水合物的开采中采用砾石充填防砂取得了很好的效果。为了保持良好的充填效果，一般采用旁通筛管的形式充填砾石；结合天然气水合物储层泥质含量较高、粒径较细等特点，预充填层采用强度高、导热性好、质量轻、流动性能好的超轻质陶粒充填更为妥当。但试采实验中，发现水合物在开采中会发生二次生成，进而造成筛管堵塞，导致开采效率降低。因此，如何对现有的防砂筛管进行改造升级，在保证提高筛网的流动能力前提下，解决天然气水合物的“记忆效应”，这一问题备受关注。

技术实现要素：

5.本发明提供一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，用以解决现有技术中水合物在开采中会发生二次生成水合物，进而造成筛管堵塞的缺陷，实现水合物的高效开采。
6.本发明提供一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，包括：
7.基管，所述基管包括基管开采段，所述基管开采段的侧壁上分布有基管通孔；
8.保护套，所述保护套包括内保护套和外保护套，所述内保护套套接在所述基管开采段上，所述外保护套套接在所述内保护套外侧，且所述内保护套与所述外保护套之间形成预充填层；所述内保护套为割缝筛管结构，所述外保护套为冲缝筛管结构；
9.加热装置，设置于所述预充填层内；
10.发电装置，分别设置于所述保护套的两端，用于向所述加热装置提供电能。
11.根据本发明提供的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，还包括旁通筛管，所述旁通筛管均匀分布在所述外保护套的内周壁上，且所述旁通筛管沿着所述外保护套的轴向设置。
12.根据本发明提供的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，所述
预充填层内预充填有超轻质陶粒。
13.根据本发明提供的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，所述发电装置包括安置环和涡轮发电机，所述安置环为内部中空的环状壳体结构，所述安置环位于所述保护套的端部，且所述安置环套接在所述基管开采段的端部上，所述涡轮发电机对称安装在所述安置环的内部，所述涡轮发电机的涡轮主轴延伸至所述基管开采段的内部并连接有涡轮叶片。
14.根据本发明提供的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，所述涡轮发电机的涡轮主轴与所述基管开采段的侧壁之间设置有角接触球轴承。
15.根据本发明提供的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，所述加热装置包括对称设置在所述预充填层内的陶瓷发热片，所述陶瓷发热片与所述涡轮发电机的电能输出端电连接。
16.根据本发明提供的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，所述旁通筛管的两端为敞口结构，所述安置环在对应所述旁通筛管端口的位置沿轴向设置有旁通流道，所述旁通流道贯通所述安置环的两个端面，所述旁通筛管的端部通过所述旁通流道与外部相通。
17.根据本发明提供的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，所述安置环与所述外保护套的连接处套设有套箍。
18.根据本发明提供的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，所述基管通孔的孔径为8mm-13mm。
19.根据本发明提供的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，所述预充填层的厚度为20mm-40mm。
20.本发明提供的预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，通过设置发电装置，能够将基管内流体的动能转化成发热装置进行发热时所需的电能，发热装置发热时，将热量传递至超轻质陶粒，进而对开采过程中流经预充填层的水合物进行加热，维持适当的井底温度防止井底控砂中水合物二次生成，避免造成筛管堵塞加剧，极大地提升水合物试采产气的平稳度，进而提高了开采效率。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管的正视剖视结构示意图；
23.图2是基管开采段与保护套的连接结构俯视图；
24.图3是套箍的外部结构示意图；
25.图4是套箍的剖视结构示意图。
26.附图标记：
27.100、基管；101、基管开采段；102、基管通孔；
28.200、保护套；201、内保护套；202、外保护套；203、预充填层；
29.300、加热装置；301、陶瓷发热片；
30.400、发电装置；401、安置环；402、涡轮发电机；
31.403、涡轮叶片；404、角接触球轴承；
32.500、旁通筛管；600、套箍。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.下面结合图1-图4描述本发明的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，包括基管100、保护套200、加热装置300、发电装置400和旁通筛管500。
35.基管100包括基管开采段101，基管开采段101的侧壁上分布有基管通孔102，基管通孔102的孔径为8mm-13mm。
36.保护套200包括内保护套201和外保护套202，内保护套201套接在基管开采段101上，外保护套202套接在内保护套201外侧，且内保护套201与外保护套202之间形成预充填层203；预充填层203的厚度为20mm-40mm，预充填层203内预充填有超轻质陶粒，超轻质陶粒的粒径是地层砂粒径中值的8-15倍；其中，内保护套201为割缝筛管结构，外保护套202为冲缝筛管结构。
37.发电装置400分别设置于保护套200的两端，用于向加热装置300提供电能；
38.具体地，发电装置400包括安置环401和涡轮发电机402，安置环401为内部中空的环状壳体结构，安置环401位于保护套200的端部，且安置环401套接在基管开采段101的端部上，安置环401与外保护套202的连接处套设有套箍600；
39.更具体地，安置环401和外保护套202的连接处外周均加工凹陷梯形槽，套箍600的内周壁加工外凸斜率小的梯形槽，通过凹凸梯形槽的连接配合能够实现稳固的连接强度，套箍600的两端通过螺栓固定；
40.涡轮发电机402对称安装在安置环401的内部，涡轮发电机402的涡轮主轴延伸至基管开采段101的内部并连接有涡轮叶片403。涡轮发电机402的涡轮主轴与基管开采段101的侧壁之间设置有角接触球轴承404，角接触球轴承404的外圈与基管开采段101的侧壁之间安装有密封圈。
41.加热装置300设置于预充填层203内；具体地，加热装置300包括对称设置在预充填层203内的陶瓷发热片301，陶瓷发热片301与涡轮发电机402的电能输出端电连接。在本实施例中，陶瓷发热片301优选为ptc陶瓷发热片。
42.旁通筛管500均匀分布在外保护套202的内周壁上，且旁通筛管500沿着外保护套202的轴向设置；旁通筛管500的两端为敞口结构，安置环401在对应旁通筛管500端口的位置沿轴向设置有旁通流道，旁通流道贯通安置环401的两个端面，旁通筛管500的端部与旁通流道的一端开口紧密接合，旁通筛管500通过旁通流道与外部相通，保证旁通筛管500的流通性。
43.在使用时，基管开采段101位于开采井的开采区域内，基管100的端部连接开采设备，在开采之前，先将砾石充填设备连接一侧的旁通流道，另一侧的旁通流道设置有辅助砾石排放的装置，然后经一侧的旁通流道往旁通筛管500内输送砾石，砾石从旁通筛管500另一端的砾石排放装置流到外侧，对外保护套202外侧的开采区域进行砾石充填，砾石充填完成后，停止输送砾石，启动开采设备进行开采。
44.在开采过程中，水合物分解的水和混合气体，先穿过外部的充填砾石层，再从管的侧面依次穿过外保护套202、预充填层203、内保护套201，最终经基管通孔102进入到基管开采段101内部，在这个过程中会过滤掉大部分的地层砂，流体进入到基管开采段101之后，在输送过程中会驱动涡轮叶片403转动，涡轮发电机402将机械能转化成电能，电能输送至陶瓷发热片301，最终转化成热能，热量传递至预充填层203，预充填层203温度升高，使得二次生成水合物再次分解，降低筛管的堵塞程度，极大地提升了水合物开采的平稳度。在水平井开采管道中，出砂量过高会产生堆积，除了管道中的分解水以及天然气驱动泥砂运移，涡轮叶片403旋转也能驱动泥砂运移，保证泥砂在管道中不堵塞堆积。
45.本发明在开采过程中，具有两种不同的挡砂介质，最外侧采用砾石充填的方式，预充填层203采用超轻质陶粒介质，改善天然气开采过程中通过防砂管的流动性能。通过设定不同的介质尺寸，采取砾石尺寸大、超轻质陶粒尺寸小的模式，降低地层砂侵入筛管堵塞的风险。同时，有效解决了由于水合物的“记忆效应”所产生的筛管堵塞的问题，即使二次生成水合物的不确定性因素较多，但对二次水合物堵塞程度最敏感的因素是温度，采用加热法从源头上解决问题，避免了发生此类堵塞的风险，保证了天然气水合物开采井的防砂效果和高产量开采。
46.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，其特征在于，包括：基管，所述基管包括基管开采段，所述基管开采段的侧壁上分布有基管通孔；保护套，所述保护套包括内保护套和外保护套，所述内保护套套接在所述基管开采段上，所述外保护套套接在所述内保护套外侧，且所述内保护套与所述外保护套之间形成预充填层；所述内保护套为割缝筛管结构，所述外保护套为冲缝筛管结构；加热装置，设置于所述预充填层内；发电装置，分别设置于所述保护套的两端，用于向所述加热装置提供电能。2.根据权利要求1所述的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，其特征在于，还包括旁通筛管，所述旁通筛管均匀分布在所述外保护套的内周壁上，且所述旁通筛管沿着所述外保护套的轴向设置。3.根据权利要求2所述的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，其特征在于，所述预充填层内预充填有超轻质陶粒。4.根据权利要求2所述的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，其特征在于，所述发电装置包括安置环和涡轮发电机，所述安置环为内部中空的环状壳体结构，所述安置环位于所述保护套的端部，且所述安置环套接在所述基管开采段的端部上，所述涡轮发电机对称安装在所述安置环的内部，所述涡轮发电机的涡轮主轴延伸至所述基管开采段的内部并连接有涡轮叶片。5.根据权利要求4所述的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，其特征在于，所述涡轮发电机的涡轮主轴与所述基管开采段的侧壁之间设置有角接触球轴承。6.根据权利要求4所述的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，其特征在于，所述加热装置包括对称设置在所述预充填层内的陶瓷发热片，所述陶瓷发热片与所述涡轮发电机的电能输出端电连接。7.根据权利要求4所述的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，其特征在于，所述旁通筛管的两端为敞口结构，所述安置环在对应所述旁通筛管端口的位置沿轴向设置有旁通流道，所述旁通流道贯通所述安置环的两个端面，所述旁通筛管的端部通过所述旁通流道与外部相通。8.根据权利要求4所述的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，其特征在于，所述安置环与所述外保护套的连接处套设有套箍。9.根据权利要求1所述的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，其特征在于，所述基管通孔的孔径为8mm-13mm。10.根据权利要求3所述的一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，其特征在于，所述预充填层的厚度为20mm-40mm。

技术总结

本发明提供一种预防水合物二次结晶堵塞的自加热预充填防砂筛管，属于石油与天然气及天然气水合物井下钻采工具技术领域。自加热预充填防砂筛管包括基管，基管包括基管开采段，基管开采段的侧壁上分布有基管通孔；保护套，保护套包括内保护套和外保护套，内保护套套接在基管开采段上，外保护套套接在内保护套外侧，且内保护套与外保护套之间形成预充填层；内保护套为割缝筛管结构，外保护套为冲缝筛管结构；加热装置，设置于预充填层内；发电装置，分别设置于保护套的两端，用于向加热装置提供电能。该筛管能够避免由于温度过低使得水合物二次结晶，导致筛管堵塞的情况发生，进而提高了开采效率。了开采效率。了开采效率。