激光加工梯形缝筛管的方法

摘要

本发明提供一种激光加工梯形缝筛管的方法，该方法是在激光机床上，安装一套双卡盘装卡系统，由伺服电机带动的主卡盘及保证管体在加工段的水平的副卡盘，采用电脑编程通过编码器发布指令来实现对卡盘分度头的控制，控制主卡盘的分度头旋转角度在3°～6°之间，该方法包括有以下步骤：编程软件的设计；物理手段的控制。利用激光光束在被加工管体最高点的两侧各加工一次，完成梯形缝加工。本发明的效果是该方法扩大了激光加工范围，增加了激光加工筛管的品种。管体内表面的缝宽要宽于该缝的外表面，从而减弱了石油通过割缝的压力，避免了油中沙粒在割缝外表面“沙墙”的形成，提高了采油量。该方法是在不改变筛管的强度和渗透率的基础上，保证了采油工艺的要求。

权利要求

1.一种激光加工梯形缝筛管的方法，该方法是在激光机床上，安装一套双卡盘装卡系统，由伺服电机带动的主卡盘及保证管体在加工段的水平的副卡盘，采用电脑编程通过编码器发布指令来实现对卡盘分度头的控制，控制主卡盘的分度头旋转角度在3°～6°之间，该方法包括有以下步骤：(一)、编程软件的设计

A：检查被加工管体壁厚，测厚点的选择为在加工梯形缝的管体上每半米测量六个点，以增大测量面积得到准确的壁厚差距，以最大壁厚的数据为依据，在编程过程中通过调整激光的功率控制在1850瓦～2000瓦、频率150Hz～500Hz、占空比80％～93％、气体压力

0.6psi～1psi，并延长打孔时间为500-1000毫秒、气体延时时间400-600毫秒，在上述范围内调整，以满足最大壁厚处的穿孔的需要；

B：根据合同或油田用户需要的筛管渗透率的技术要求，来确定被加工管体梯形缝的根切角度在3°～6°之间，根切角度3°～6°决定激光机床Y轴位移和分度头旋转弧度，还要在编程时把激光焦点的位置放置在距离被加工管体表面1～2mm的范围内，以控制加工管体梯形缝的长、宽尺寸；

(二)、物理手段的控制

A、加工前应对被加工管体表面进行处理，首先要除去被加工管体表面的油漆，喷标，油污，铁锈，还要对管体表面的凹坑和磕碰处，采取修磨处理，确保加工质量；

B、加工中随时监控双卡盘装卡系统中主卡盘的分度头磨损程度，当主卡盘的分度头精度误差大于0.015度时，及时维修校准或更换；

C、根据被加工管体的实际挠度情况，将被加工管体支撑架高度和相邻两个支撑架的距离调整好，经过实际测量，被加工管体在加工过程中发生弯曲的部分多在加工位置到管端的3米范围内，因此将相邻两个支撑架的距离控制在2.5～2.8米之间，在靠近主卡盘的支撑架要低于另一个支撑架3～5mm，以利于控制被加工管体的弯曲程度，保证筛管的加工质量；

双卡盘装卡系统采用电脑编程来控制梯形缝的角度，通过编码器发布旋转指令，伺服电机带动主卡盘把被加工管体旋转，副卡盘是没有动力装置的，它与主卡盘固定在同一个基准平面上，并且主、副两个卡盘的中心线与激光机床的X轴平行，这样就能够将被加工管体在加工区域内的弯曲挠度控制在1.8mm/m，使被加工管体保持水平，由程序控制主卡盘，带动被加工管体和副卡盘旋转两次角度，激光机床的激光光束在被加工管体最高点的两侧各加工一次，来完成梯形缝的切割过程；

D、对被加工管体的加工全过程进行冷却，冷却温度控制在200度以下，以消除热量的堆积；

E、加工全过程对被加工管体内进行动态除铁瘤和氧化物的处理。

说明书

激光加工梯形缝筛管的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种筛管加工工艺，是一种激光加工梯形缝筛管的方法。

背景技术

[0002] 随着国际石油价格的巨增，开采者要增加每口井的采油率以减小占地、节省管体、减少打井费用进而降低采油成本，以追求更大利润。

[0003] 筛管是安装于油井、水井、地热井、盐水井等无缝或焊接钢制井管最下端，用以将所开采的液体与地层中的砂石分离的一种特殊管体。由于其涉入地层的基本结构特点，接触的砂石粒度不同，开采液体粘稠度的差异，所需筛管的孔缝规格及形状也各有所异。传统的一套钻井，下套管，爆破射孔的钻采工艺已不能适应复杂地形，高效、高回收率的现代钻采技术的需要。筛管已经在地矿业的地下液体钻采上得到了广泛的推广使用。随着市场需求的攀升，加上筛管孔缝切割的高难度，要求孔缝几何尺寸、形状的高精度，都给这看似简单的筛管和筛管加工设下了技术难关，提高了“经济”身价，从而也引起了为数众多的相关行业的极大关注。

[0004] 筛管广泛应用于石油勘探的老井再生，新打油井及探(试验)井，海上石油开采井和抽油管，用于水平井、侧钻井、径向分枝井或裸眼、砾石充填筛管完井，进行有限防砂。在人们的日常生活中，地热井、盐水井、抗旱井和生活用水井也采用筛管进行有限防砂。而一般竖井采用圆形缝(孔)筛管代替爆破射孔免除弹射孔带来的许多烦恼，为此，国内外亦广泛推广使用。用石油专家一句话是最能说明其筛管的作用，即“从蜂蜜拌白糖中，将蜂蜜分离出来”。为确保砂粒不堵缝而采用管体内表面宽于外表面缝宽，来满足其要求。

[0005] 原水平井采用机械、激光等办法加工矩形筛管，因渗透率问题，机械割缝及筛网筛管为弥补其不足，而激光因为光束的问题，很长一段时间是困扰激光加工筛管行业的拦路虎。

发明内容

[0006] 为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种激光加工梯形缝筛管的方法，以利于达到弥补矩形缝筛管，机械割缝和筛网筛管的不足，丰富了产品品种，确保割缝的质量，降低生产成本，为油田用户提供更广阔选择空间，更好地为油田服务。

[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种激光加工梯形缝筛管的方法，该方法是在激光机床上，安装一套双卡盘装卡系统，由伺服电机带动的主卡盘及保证管体在加工段的水平的副卡盘，采用电脑编程通过编码器发布指令来实现对卡盘分度头的控制，控制主卡盘的分度头旋转角度在3°～6°之间，该方法包括有以下步骤：

[0008] (一)、编程软件的设计

[0009] A：检查被加工管体壁厚，测厚点的选择在加工梯形缝的管体上每米测测量六个点，以增大测量面积得到准确的壁厚差距，以最大壁厚的数据为依据，在编程过程中通过调整激光的功率控制在1850瓦～2000瓦、频率150Hz～500Hz、占空比80％～93％、气体压力0.6psi～1psi，并延长打孔时间500-1000毫秒、气体延时时间400-600毫秒，在上述范围内调整，以满足最大壁厚处的穿孔的需要；

[0010] B：根据合同或油田用户需要的筛管渗透率的技术要求，来确定被加工管体梯形缝的根切角度在3°～6°之间，根切角度3°～6°是决定激光机床Y轴位移和分度头旋转弧度，还要在编程时把激光焦点的位置放置在距离被加工管体表面1～2mm的范围内，以控制加工管体梯形缝的长、宽尺寸；

[0011] (二)、物理手段的控制

[0012] A、加工前应对被加工管体表面进行处理，首先要除去被加工管体表面的油漆，喷标，油污，铁锈，还要对管体表面的凹坑和磕碰处，采取修磨处理，确保加工质量；

[0013] B、加工中随时监控双卡盘装卡系统中主卡盘的分度头磨损程度，当主卡盘的分度头精度误差大于0.015度时，及时维修校准或更换；

[0014] C、根据被加工管体的实际挠度情况，将被加工管体支撑架高度和相邻两个支撑架的距离调整好，经过实际测量，被加工管体在加工过程中发生弯曲的部分多在加工位置到管端的3米范围内，因此将相邻两个支撑架的距离控制在2.5～2.8米之间，在靠近主卡盘的支撑架要低于另一个支撑架3～5mm，以利于控制被加工管体的弯曲程度，保证筛管的加工质量；

[0015] 双卡盘装卡系统采用电脑编程来控制梯形缝的角度，通过编码器发布旋转指令，伺服电机带动主卡盘把被加工管体旋转，副卡盘是没有动力装置的，它与主卡盘固定在同一个基准平面上，并且主、副两个卡盘的中心线与激光机床的X轴平行，这样就能够将被加工管体在加工区域内的弯曲挠度控制在1.8mm/m，使被加工管体保持水平，由程序控制主卡盘，带动被加工管体和副卡盘旋转两次角度，激光机床的激光光束在被加工管体最高点的两侧各加工一次，来完成梯形缝的切割过程；

[0016] D、对被加工管体的加工全过程进行冷却，冷却温度控制在200度以下，以消除热量的堆积；

[0017] E、加工全过程对被加工管体内进行动态除铁瘤和氧化物的处理。

[0018] 本发明的效果是利用激光光束在被加工管体最高点的两侧各加工一次，完成一个梯形缝，从而扩大了激光加工范围，增加了激光加工筛管的品种。因管体内表面的缝宽要宽于该缝的外表面，也就是说该缝的内外面积是内大外小，从而减弱了石油通过割缝的压力，避免了油中沙粒在割缝外表面“沙墙”的形成，提高了采油量。该方法是在不改变筛管的强度和渗透率的基础上，采用激光在套管上均匀的加工出“外窄内宽”的割缝，保证了采油工艺的要求。

附图说明

[0019] 图1为本发明的激光加工筛管工艺流程图；

[0020] 图2为双卡盘装卡系统安装示意图；

[0021] 图3、4为梯形缝筛管加工过程示意图。

具体实施方式

[0022] 结合附图及实施例对本发明的激光加工梯形缝筛管的方法加以说明。

[0023] 图1为激光加工筛管工艺流程图，本发明的激光加工梯形缝筛管的方法，该方法是在激光机床上，安装一套双卡盘装卡系统，由伺服电机带动的主卡盘及保证管体在加工段的水平的副卡盘，采用电脑编程通过编码器发布指令来实现对卡盘分度头的控制，控制主卡盘的分度头旋转角度在3°～6°之间，其步骤如下：

[0024] 1、工作的准备：

[0025] A：按照合同和委托的要求，编制作业指导书和工艺卡；

[0026] B：根据合同和委托的要求，准备原辅材料，包括原料管体、包装物、标签、油品等；

[0027] C：对来料进行复检，尽管管体在出厂时都进行了检验，对在运输过程中造成损坏的管体，通知客户方确认，被否定的管体退货。

[0028] D：编制尺码单和检查、检修设备为正式加工做准备。

[0029] 2、编程设计和切割作业，其中参数和旋转角度的确定最为关键：

[0030] A：检查被加工管体壁厚，将测厚点的选择由加工矩形缝的每米测量四个点，变为加工梯形缝每半米测量六个点，尽量增大测量面积，以得到更准确的壁厚差距，以最大壁厚的数据为依据，在编程过程中通过调整激光的功率控制在1850瓦～2000瓦、频率150Hz～500Hz、占空比80％～93％、气体压力0.6psi～1psi，并延长打孔时间为500-1000毫秒、气体延时时间为400-600毫秒，在上述范围内调整，以满足最大壁厚处的穿孔的需要来解决“爆孔”问题；

[0031] B：根据合同或油田用户需要的筛管渗透率的技术要求，来确定被加工管体梯形缝的根切角度在3°～6°之间，根切角度3°～6°是决定激光机床Y轴位移和分度头旋转弧度，还要在编程时把激光焦点的位置放置在距离被加工管体表面1～2mm的范围内，以控制加工管体梯形缝的长、宽尺寸。据实践证明切割时编程数据应适量增或减，以满足合同要求的切割长、宽数值，然后设定程序数值，因为合同要求切缝长和宽与程序设置数值长、宽不应一致。同时，设定激光机床Y轴参数确定装卡系统变换参数以确保梯形角度，满足用户要求；

[0032] 3、采用物理手段对加工过程中的筛管进行控制：

[0033] A、加工前应对管体表面进行严格处置，首先要除去管体表面的油漆，喷标，油污，铁锈等，还要对管体表面的凹坑和磕碰处，采取修磨处理，确保加工质量；

[0034] B、要随时监控装卡系统中主卡盘分度头的磨损程度，当主卡盘分度头精度误差大于0.015度时，及时维修校准或更换；

[0035] C、根据被加工管体的实际挠度情况，将被加工管体支撑架高度和相邻两个支撑架的距离调整好，经过实际测量，被加工管体在加工过程中发生弯曲的部分多在加工位置到管端的3米范围内，因此将相邻两个支撑架的距离控制在2.5～2.8米之间，在靠近主卡盘的支撑架要低于另一个支撑架3～5mm，以利于控制被加工管体的弯曲程度，保证筛管的加工质量；

[0036] 双卡盘装卡系统采用电脑编程来控制梯形缝的角度，通过编码器发布旋转指令，伺服电机带动主卡盘把被加工管体旋转，副卡盘是没有动力装置的，它与主卡盘固定在同一个基准平面上，并且主、副两个卡盘的中心线与激光机床的X轴平行，这样就能够将被加工管体在加工区域内的弯曲挠度控制在1.8mm/m，使被加工管体保持水平，由程序控制主卡盘，带动被加工管体和副卡盘旋转两次角度，激光机床的激光光束在被加工管体最高点的两侧各加工一次，来完成梯形缝的切割过程；

[0037] D、加工全过程对管体进行必要的冷却，将温度控制在200度以下，以消除热量堆积；

[0038] E、加工全过程对管体内进行动态除铁瘤和氧化物的处理，具体做法是：将一段约2米长，直径为被加工管体内径一半的铁管，也称作衬管，一端用铁丝栓上放在被加工管体内，每加工约1米一段，将衬管拽出来清理一次，确保铁瘤和氧化物不在管体内壁堆积。

[0039] 图2为双卡盘装卡系统安装示意图，本发明的激光加工梯形缝是利用双卡盘装卡系统，采用电脑编程来控制梯形缝的角度，通过编码器发布旋转指令，伺服电机带动主卡盘把被加工管体旋转，副卡盘是没有动力装置的，它与主卡盘固定在同一个基准平面上，并且两个卡盘的中心线与激光机床的X轴平行，这样就可以将被加工管体在加工区域内的弯曲降到最低，挠度控制在1.8mm/m，使被加工管体保持水平，由程序控制主卡盘，带动钢管和副卡盘旋转两次角度，来完成梯形缝的切割过程。

[0040] 其优点是缝长内外表面相同，而宽则是管体内表面大于管体外表面，过流面积同样也是内大外小。虽然在加工过程中缝口周围金相结构有0.98mm发生变化，实验统计数据：实际可能在0.2-0.5mm之间，但在激光切割过程中加入冷却系统之后可克服此弊病，该加工方法其渗透率明显比机械加工的好。

[0041] 如图3、4所示，激光加工梯形缝的过程与加工矩形缝筛管相同，不同的是矩形缝只加工一次，而梯形缝要加工两次才能完成一条缝的加工，激光机床的激光光束在被加工管体最高点的两侧各加工一次。图3为第一次激光加工示意图，图中箭头方向为激光光束方向；图4为第二次激光加工示意图，图中箭头方向为激光光束方向和机床Y轴位移的方向。

[0042] 4、质量检验是梯形缝筛管的根本保障：

[0043] 每支筛管在出厂之前，都要经过“三级”检验网络，即：操作者自检、专业人员检验和复检、出厂抽检的过程，最后开具合格证，以保证筛管的质量。

[0044] 激光加工的梯形缝筛管，是为了适应不同油井的需要，比如：油田老井再生，世界上各大油田现在有相当数量的油井已进入采油中后期，出油逐年减少，为了挖掘老井的潜力，石油行业正在着手解决出油逐年减少的问题；他们有的交换业主，有的侧钻水平井，以延伸其地下集油范围，不管是否交换业主，均采用的是一个办法：侧打“水平井”——需要筛管。

[0045] 陆地新建油井：由于地理结构和油岩层的不同或为了减少打井眼数，减少地面污染，石油行业多采用在竖井井底侧钻井和水平井，水平井一口井可减少数口竖井，既节约了打井经费，又节省套管、减少占用耕地——需要筛管。

[0046] 海上石油打井：由于海上石油的开采规模化的崛起，以及地热井、盐水井、深水井的蓬勃发展——需要筛管。

[0047] 抽油管的防砂：凡是套管没有用筛管的，一般抽油用管也采用筛管进行有限防砂——需要筛管。