一種高壓過濾節流管匯及其過濾節流方法與流程

2023-12-10 12:24:05

本發明具體涉及一種高壓過濾節流管匯及其過濾節流方法，主要適用於油氣井鑽磨循環作業地面流程中。

背景技術：

油氣井鑽磨過程中，從井筒油套環空返出來的鑽磨液中存在橋塞碎屑、卡瓦碎片、砂礫等機械雜質，考慮到鑽磨液循環使用要求，需要對鑽磨液進行精細過濾處理。與此同時，為了控制井筒套管壓力，防止井筒變形，需要對鑽磨液循環井筒套管壓力進行精確控制。

據現場調研，油氣井鑽磨地面流程中，從井筒環空返排出的鑽磨液先經過碎屑捕集器，通過碎屑捕集器捕獲鑽磨液中的更大尺寸的機械雜質，捕獲後的鑽磨液再流經下遊節流管匯，通過節流管匯控制鑽磨液壓力（套管壓力），節流後的鑽磨液繼續流入地面沉砂罐，經沉積機械雜質後，利用泵車將沉砂罐中的鑽磨液體循環泵入井筒中，以進行循環鑽磨作業。

但是，目前碎屑捕集器對鑽磨液中的機械雜質的捕獲效果不好，導致鑽磨液中仍有一部分大尺寸機械雜質流入到下遊的節流管匯中，嚴重造成節流管匯固定油嘴、針閥、短節、手動平板閥等管匯件衝蝕損壞，增加了油嘴、可調針閥、短節更換的頻率，增加了投入成本，降低了節流管匯的使用壽命，影響鑽磨液中機械雜質處理效果和節流控制效果，制約了現場鑽磨循環過濾節流效率和施工進度。此外，鑽磨地面流程複雜，連接設備較多，這樣增加了地面流程的作業風險。

技術實現要素：

本發明的目的是解決油氣井鑽磨液中機械雜質尺寸、含量精細過濾與井筒鑽磨液循環壓力精確控制的同時性問題，達到簡化鑽磨地面流程、連續循環鑽磨、降低地面流程風險的目的；同時解決現有節流管匯中固定油嘴節流衝蝕損壞、更換困難、節流壓降溫降突變及防衝蝕短節衝蝕損壞等尖銳問題，提高高壓過濾節流管匯的使用壽命和過濾節流效果。

為此，本發明提供了一種高壓過濾節流管匯，包括作為管匯入口的管路五通一和作為管匯出口的管路五通二，管路五通一和管路五通二之間分別通過三條通道連通，其中，一條通道為直排通道，一條通道內串接有固定式節流閥和高壓過濾短節，最後一條通道串接有手動針型式節流閥、固定式節流閥和高壓過濾短節。

所述的管路五通一的其中一個管口安裝手動平板閘閥一作為管匯入口；所述的管路五通二的其中一個管口安裝手動平板閘閥二作為管匯出口；

管路五通一的其中一個管口通過管道連接一個管路三通，該管路三通通過高壓過濾短節連接一個固定式節流閥，該固定式節流閥再與管路五通二的其中一個管口通過管道連通；

管路五通一的其中一個管口通過高壓過濾短節連接一個手動針型式節流閥，該手動針型式節流閥通過管道連接一個固定式節流閥，該固定式節流閥再與管路五通二的其中一個管口通過管道連通；

管路五通一的其中一個管口通過管道直接連通管路五通二的一個管口；

所有連接管道上均設置手動平板閘閥。

所述的高壓過濾短節包括高壓過濾短節一和高壓過濾短節二；所述的固定式節流閥包括固定式節流閥一和固定式節流閥二；

所述的三條通道分別為：

第一條通道由管路五通一的一個管口、手動平板閘閥三、管路三通、高壓過濾短節一、固定式節流閥一、手動平板閘閥四、管路五通二的一個管口依次連通組成；

第二條通道由管路五通一的一個管口、手動平板閘閥五、管路五通二的一個管口依次連通組成；

第三條通道由管路五通一的一個管口、手動平板閘閥六、高壓過濾短節二、手動針型式節流閥、固定式節流閥二、手動平板閘閥七、管路五通二的一個管口依次連通組成。

所述的高壓過濾短節一和高壓過濾短節二內裝有利用線切割技術加工的不同割縫尺寸的耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒。

所述的高壓過濾短節一和高壓過濾短節二採用35CrMo材料，經熱處理硬度達HBW197～235；過濾濾芯筒採用耐衝蝕硬質合金碳化鎢YG8材料，經熱處理硬度達HRC92～95。

所述的固定式節流閥一內部裝有耐衝蝕變徑油嘴一，固定式節流閥一下遊安裝有耐衝蝕變徑短節一，固定式節流閥一通過耐衝蝕變徑短節一、手動平板閘閥四與管路五通二的一個管口連通；

所述的固定式節流閥二內部裝有耐衝蝕變徑油嘴二，固定式節流閥二下遊安裝有耐衝蝕變徑短節二，固定式節流閥二通過耐衝蝕變徑短節二、手動平板閘閥七與管路五通二的一個管口連通。

所述的手動針型式節流閥下遊安裝有耐衝蝕變徑短節三，手動針型式節流閥通過耐衝蝕變徑短節三與固定式節流閥二連通。

所述的耐衝蝕變徑短節一、耐衝蝕變徑短節二和耐衝蝕變徑短節三內腔的變直徑結構長度上過盈配合有硬質合金碳化鎢YG8襯套，厚度為3.0mm，硬度達HRC92～95；所述的耐衝蝕變徑油嘴一和耐衝蝕變徑油嘴二的節流壓差調節範圍為0.1～20MPa。

所述的高壓過濾短節一和高壓過濾短節二的連接採用由任連接，由任接頭為3"-1502；管匯內其他連接均採用法蘭連接，法蘭為2-7/8"EUE R27標準350法蘭，配套螺栓為M27×3×175雙頭螺栓。

一種高壓過濾節流管匯的過濾節流方法，包括如下步驟：

（1）將管路五通一的管匯入口與井口套管閘閥連接；將管路五通二的管匯出口通過地面油管及軟管線與沉砂罐進行連接；

（2）在高壓過濾短節一和高壓過濾短節二內安裝具有不同割縫尺寸的耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒；並且，在固定式節流閥一和固定式節流閥二內分別安裝耐衝蝕變徑油嘴一和耐衝蝕變徑油嘴二；

（3）鑽磨循環時，關掉井口油管閘閥，打開井口套管閘閥，打開手動平板閘閥一、手動平板閘閥三、手動平板閘閥四、手動平板閘閥二、手動平板閘閥七、手動平板閘閥六及手動針型式節流閥，關閉手動平板閘閥五，對井筒返出的鑽磨液中的機械雜質的尺寸、含量進行過濾與井筒鑽磨循環壓力節流控制；在井筒循環壓力過高或過濾節流管匯壓力過高時，打開手動平板閘閥五，關閉手動平板閘閥三、手動平板閘閥四、手動平板閘閥七及手動平板閘閥六），高壓鑽磨液從管路五通二的管匯出口流出，釋放鑽磨液體壓力；

（4）鑽磨循環結束後，停泵洩壓，關閉井口套管閘閥，拆卸、清理過濾節流管匯中高壓過濾短節一和高壓過濾短節二內的耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒以及固定式節流閥一、固定式節流閥二內的耐衝蝕變徑油嘴，檢查所有手動平板閘閥使用情況，檢查耐衝蝕變徑短節一、耐衝蝕變徑短節二和耐衝蝕變徑短節三使用情況，保養或更換耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒、耐衝蝕變徑油嘴、平板閘閥、耐衝蝕變徑短節等管匯件，以便再次進行鑽磨循環過濾節流作業。

本發明的有益效果：本發明提供的這種高壓過濾節流管匯及其過濾節流方法，該過濾節流管匯通過開關不同的手動平板閘閥、手動針型式節流閥組合，實現了對井筒返出的鑽磨液中機械雜質尺寸、含量的精細過濾與井筒鑽磨液循環壓力的精確控制，提高了鑽磨液地面過濾節流效率。管匯整體上耐衝蝕性能好，更換方便，節省易損件成本，連續鑽磨循環效果良好，實用性強，提高了管匯的使用壽命和和過濾節流效果。

附圖說明

以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

圖1是本發明的分布結構示意圖。

附圖標記說明：1、手動平板閘閥一；2、手動平板閘閥三；3、管路三通；4、高壓過濾短節一；5、固定式節流閥一；6、耐衝蝕變徑油嘴一；7、耐衝蝕變徑短節一；8、手動平板閘閥四；9、手動平板閘閥五；10、管路五通二；11、手動平板閘閥二；12、手動平板閘閥七；13、耐衝蝕變徑短節二；14、固定式節流閥二；15、耐衝蝕變徑油嘴二；16、耐衝蝕變徑短節三；17、手動針型式節流閥；18、高壓過濾短節二；19、手動平板閘閥六；20、管路五通一。

具體實施方式

實施例1：

本實施例提供一種高壓過濾節流管匯，如圖1所示，包括作為管匯入口的管路五通一20和作為管匯出口的管路五通二10，管路五通一20和管路五通二10之間分別通過三條通道連通，其中，一條通道為直排通道，一條通道內串接有固定式節流閥和高壓過濾短節，最後一條通道串接有手動針型式節流閥、固定式節流閥和高壓過濾短節。

所述的管路五通一20的其中一個管口安裝手動平板閘閥一1作為管匯入口；所述的管路五通二10的其中一個管口安裝手動平板閘閥二11作為管匯出口；

管路五通一20的其中一個管口通過管道連接一個管路三通，該管路三通通過高壓過濾短節連接一個固定式節流閥，該固定式節流閥再與管路五通二10的其中一個管口通過管道連通；

管路五通一20的其中一個管口通過高壓過濾短節連接一個手動針型式節流閥，該手動針型式節流閥通過管道連接一個固定式節流閥，該固定式節流閥再與管路五通二10的其中一個管口通過管道連通；

管路五通一20的其中一個管口通過管道直接連通管路五通二10的一個管口；

所有連接管道上均設置手動平板閘閥。

本實施例的這種結構，是油氣井鑽磨液中機械雜質精細過濾與井筒鑽磨液循環壓力控制的配套裝置之一，適合應用於油氣井鑽磨循環作業地面流程中。這種高壓過濾節流管匯，為一進一出結構，一側採用固定式節流閥和高壓過濾短節控制，另一側採用手動針型式節流閥、固定式節流閥和高壓過濾短節控制，中間直排。管匯中高壓過濾短節的耐壓值要高於所要過濾的鑽磨液的壓力值，其內裝有利用線切割技術加工的不同割縫尺寸的耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒，可以降低油氣井鑽磨液中機械雜質的尺寸、含量，有效控制井筒鑽磨液循環壓力，確保有控制地進行連續循環鑽磨作業。同時，利用固定油嘴和防衝蝕的變徑結構，使其從井筒環空返出的鑽磨液流經該管匯時流速和壓力平穩降低，壓降緩慢減小，溫降下降平緩，從而精確控制井筒鑽磨液循環壓力，有效解決現有節流管匯固定油嘴和防衝蝕短節的衝蝕。

實施例2：

結合圖1所示，本實施例中，所述的高壓過濾短節包括高壓過濾短節一4和高壓過濾短節二18；所述的固定式節流閥包括固定式節流閥一5和固定式節流閥二14；上述兩個實施例中的三條通道具體分別為：

第一條通道由管路五通一20的一個管口、手動平板閘閥三2、管路三通3、高壓過濾短節一4、固定式節流閥一5、手動平板閘閥四8、管路五通二10的一個管口依次連通組成；

第二條通道由管路五通一20的一個管口、手動平板閘閥五9、管路五通二10的一個管口依次連通組成；

第三條通道由管路五通一20的一個管口、手動平板閘閥六19、高壓過濾短節二18、手動針型式節流閥17、固定式節流閥二14、手動平板閘閥七12、管路五通二10的一個管口依次連通組成。

本實施例通過開啟或關閉不同的手動平板閘閥、手動針型式節流閥組合方式，選擇預先安裝在高壓過濾短節內的不同割縫尺寸的耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒以及安裝在固定式節流閥內的不同尺寸的耐衝蝕變徑油嘴，控制兩路精細過濾節流、一路直排，從而實現壓裂後鑽磨循環過程中對井筒返出的鑽磨液中機械雜質尺寸、含量的精細過濾與井筒鑽磨液循環壓力的精確控制。

實施例3：

為了能實現上說兩個實施例中的結構過濾功能，本實施例進一步進行詳細說明，在本實施例中，高壓過濾短節一4和高壓過濾短節二18內裝有利用線切割技術加工的不同割縫尺寸的耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒。

固定式節流閥一5內部裝有耐衝蝕變徑油嘴一6，固定式節流閥一5下遊安裝有耐衝蝕變徑短節一7，固定式節流閥一5通過耐衝蝕變徑短節一7、手動平板閘閥四8與管路五通二10的一個管口連通；固定式節流閥二14內部裝有耐衝蝕變徑油嘴二15，固定式節流閥二14下遊安裝有耐衝蝕變徑短節二13，固定式節流閥二14通過耐衝蝕變徑短節二13、手動平板閘閥七12與管路五通二10的一個管口連通。

手動針型式節流閥17下遊安裝有耐衝蝕變徑短節三16，手動針型式節流閥17通過耐衝蝕變徑短節三16與固定式節流閥二14連通。

本實施例還根據給出了一套具體的管匯尺寸，管匯長2800mm，寬1750mm，高520mm，管路通徑65mm（2-9/16"），承壓35MPa（5000psi），節流油嘴尺寸從3～18mm可更換。

高壓過濾短節耐壓值在70MPa以上，外徑102mm，內徑70mm，長度580mm，由任扣型3″-1502；過濾濾芯筒外徑54mm，內徑40mm，長度465mm，表面螺紋扣型1-3/4-10UN-2A，線切割加工孔隙長度0.5mm，寬度0.2mm，耐壓70MPa。高壓過濾短節一4和高壓過濾短節二18採用35CrMo材料，經熱處理硬度達HBW197～235；過濾濾芯筒採用耐衝蝕硬質合金碳化鎢YG8材料，經熱處理硬度達HRC92～95，具有很高的耐衝蝕性能，並利用線切割技術加工不同的割縫尺寸，以實現對鑽磨液中不同尺寸機械雜質的精細過濾與控制；高壓過濾短節本體和過濾濾芯筒的加工不允許有裂紋、氣孔等缺陷。

耐衝蝕變徑短節一7、耐衝蝕變徑短節二13和耐衝蝕變徑短節三16內腔的變直徑結構長度上過盈配合有硬質合金碳化鎢YG8襯套，厚度為3.0mm，硬度達HRC92～95，具有很高的耐衝蝕性能。耐衝蝕變徑油嘴節流壓差可以在0.1～20MPa之間進行調節，與設計壓力誤差在±0.4MPa範圍內。

高壓過濾短節一4和高壓過濾短節二18的連接採用由任連接，由任接頭為3"-1502；管匯內其他連接均採用法蘭連接，法蘭為2-7/8"EUE R27標準350法蘭，配套螺栓為M27×3×175雙頭螺栓。

本實施例中，管匯中的高壓過濾短節內安裝的耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒的割縫尺寸選擇以及固定式節流閥內安裝的耐衝蝕變徑油嘴的尺寸選擇均應根據現場鑽磨循環過程中井口套管壓力、鑽磨排量及鑽磨液中機械雜質尺寸情況來確定。

實施例4：

本實施例提供一種高壓過濾節流管匯的過濾節流方法，包括如下步驟：

（1）將管路五通一20的管匯入口與井口套管閘閥連接；將管路五通二10的管匯出口通過地面油管及軟管線與沉砂罐進行連接；

（2）在高壓過濾短節一4和高壓過濾短節二18內安裝具有不同割縫尺寸的耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒；並且，在固定式節流閥一5和固定式節流閥二14內分別安裝耐衝蝕變徑油嘴一6和耐衝蝕變徑油嘴二15；

（3）鑽磨循環時，關掉井口油管閘閥，打開井口套管閘閥，打開手動平板閘閥一1、手動平板閘閥三2、手動平板閘閥四8、手動平板閘閥二11、手動平板閘閥七12、手動平板閘閥六19及手動針型式節流閥17，關閉手動平板閘閥五9，對井筒返出的鑽磨液中的機械雜質的尺寸、含量進行過濾與井筒鑽磨循環壓力節流控制；在井筒循環壓力過高或過濾節流管匯壓力過高時，打開手動平板閘閥五9，關閉手動平板閘閥三2、手動平板閘閥四8、手動平板閘閥七12及手動平板閘閥六19，高壓鑽磨液從管路五通二10的管匯出口流出，釋放鑽磨液體壓力；

（4）鑽磨循環結束後，停泵洩壓，關閉井口套管閘閥，拆卸、清理過濾節流管匯中高壓過濾短節一4和高壓過濾短節二18內的耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒以及固定式節流閥一5、固定式節流閥二14內的耐衝蝕變徑油嘴，檢查所有手動平板閘閥使用情況，檢查耐衝蝕變徑短節一7、耐衝蝕變徑短節二13和耐衝蝕變徑短節三16使用情況，保養或更換耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒、耐衝蝕變徑油嘴、平板閘閥、耐衝蝕變徑短節等管匯件，以便再次進行鑽磨循環過濾節流作業。

綜上所述，本發明的這種高壓過濾節流管匯，在管匯中設計了兩個高壓過濾短節，確保了壓裂後鑽磨循環過程中對井筒返出的鑽磨液中機械雜質尺寸、含量的精細過濾，確保了帶有由任接頭的高壓過濾短節更換方便，實現了不中斷、連續進行鑽磨液循環過濾處理與控制，達到了鑽磨液循環過濾與利用的目的；由於高壓過濾短節內設計安裝有不同割縫尺寸的耐衝蝕硬質合金過濾濾芯筒，耐衝蝕性能好。同時，管匯中設計了兩個固定式節流閥，確保了壓裂後鑽磨循環過程中耐衝蝕變徑油嘴的方便更換，由於管匯中固定式節流閥內設計安裝有特殊的不同尺寸的耐衝蝕變徑油嘴，下遊安裝有特殊設計的耐衝蝕變徑短節，並在手動針型式節流閥下遊同樣安裝有特殊設計的耐衝蝕變徑短節，提高了油嘴、短節的抗衝蝕性，實現了對井筒鑽磨液循環壓力的精確控制。

以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，並不構成對本發明的保護範圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬於本發明的保護範圍之內。