CN107843513A - 水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统及其仿真测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统及其仿真测试方法，所述仿真系统包括井下子系统、地面子系统及数据采集分析子系统，能够满足实际天然气水合物开采井筛管工况的全尺寸仿真，仿真结果可以直接用于海洋天然气水合物开采井筛管冲蚀破坏情况评估；首创性地将筛管冲蚀和实际水合物生产井工况条件相结合，通过压力传感器、压差传感器、在线激光粒度仪与井口出砂浓度测量仪联合，实现筛管冲蚀状况的实时监测，通过模拟实验可以得到筛管在水合物生产条件下的冲蚀破坏规律，评价筛管在水合物开采过程中的抗冲蚀适应性，进而为天然气水合物开采井筛管外保护罩导流槽的设计、筛管类型的优选、降压控砂方案的风险提示及储存的改造区间选择提供数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及海洋天然气水合物资源开发工程技术领域,具体涉及一种能够进行水合物开采井管内防砂筛管冲蚀过程仿真、冲蚀参数评价及基于冲蚀仿真结果优选筛管的仿真系统及其仿真测试方法。
背景技术
天然气水合物是上世纪70年代发现的一种稳定存在了百万年的天然气能源，这种像冰一样的固体含烃化合物赋存与海洋和冻土中。世界各国就天然气水合物的开发展开了竞争，目前全球已进行过数次大型试采，我国也于2017年对南海神狐海域的天然气水合物进行了试采实验，获得了60天30.9万方产气的良好试采效果。本次神狐海域天然气水合物试采过程中，基于三相控制开采理论，对泥砂、气液产出规律进行实时调控，防止了储层失稳和井底筛管的冲蚀，因此出砂控制是保证我国首次海域天然气水合物试采成功的关键之一。
一般而言，天然气水合物资源储层本身埋深浅、胶结差，水合物分解作用导致地层胶结强度进一步降低，原始弱固结储层甚至可能完全转化为流砂地层，因此天然气水合物开采过程不可避免的会发生出砂。日本于2013年在Nankai Trough进行了海上天然气水合物试采实验，实验中使用了裸眼管外砾石充填的方法进行防砂。使用这种方法在实验前期(5d)取得了一定的效果。但是，由于水合物本身在地层中占据了一定的体积空间，水合物的分解将导致地层产生一定的亏空，并且由于采用的降压法开采，亏空由井筒逐渐向远处地层进行蔓延，原本充填好的砾石层就会发生移动和沉降，砾石层由此也会产生一定的亏空，导致防砂筛管直接暴露在气、液、砂三相流动的空间中，由于流速较快，在当时环境下很容易就使筛管发生冲蚀，防砂失效。因此，在水合物产业化进程中，井底筛管的腐蚀将是一个不可回避的课题，对防砂筛网的抗冲蚀性能进行检测是优选筛管材质、提前进行产能调控的重要依据，更是保证防砂措施有效期的迫切需求。
目前在常规油气行业蒸汽吞吐生产的环境中已有部分关于筛管冲蚀的研究，国内尚不存在专门针对海洋粉砂质天然气水合物生产环境下对筛管的抗冲蚀性能评估相关的研究。机械筛管作为井底控砂技术的关键环节，其中筛网的抗冲蚀能力影响着筛管的挡砂性能，直接关系到防砂有效期和试采周期的长短。在水、气和砂三相流动的冲蚀作用下，筛管的网缝变形、冲蚀破坏规律与常规油气井所面临的筛管冲蚀问题而言，具有其独特性和复杂性。无论采取何种天然气水合物开采方式，都有可能出现筛管直接面对水、气、砂三相流冲击的情况，筛管的抗冲蚀性能直接地影响了挡砂效果。
为此，如果能够建立满足模拟实际水合物井筒生产条件的实验装置，对水合物生产井筛管进行冲蚀过程仿真模拟实验，观察不同开采工作制度条件下水合物产出物对筛管筛网的冲蚀破坏过程，初步估计不同防砂筛管的使用寿命，则可为海洋天然气水合物开采井的筛管优选评价提供更全面的支撑，并对实际天然气水合物开采过程中以防冲蚀为目的的产能实时调控提供基础数据支持。
基于上述分析，为满足我国粉砂质储层天然气水合物资源产业化开发需求，为我国海域天然气水合物试采工程筛管优选和生产制度调控提供一定的支撑，本发明将提供一种能够进行筛管冲蚀仿真的实验装置，并同时提出一种能够评价筛管抗冲蚀性能的测试方法。
发明内容
本发明针对目前天然气水合物开采对井筒出砂控制的迫切需求，提出一种水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统及其仿真测试方法，为我国海洋泥质粉砂天然气水合物开采井筛管评价优选及生产制度的实时调控提供新思路。
本发明是采用以下的技术方案实现的：
水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统，与实际施工工具为1:1对应关系，仿真实验过程中，该系统形成一封闭的高压循环系统，模拟最大压力15MPa，满足实际天然气水合物储层压力条件的模拟，包括井下子系统、地面子系统及数据采集分析子系统；
所述井下子系统的基本构架为一口深度为200m的试验井，能够满足实际天然气水合物开采井筛管工况的全尺寸仿真，包括模拟井筒以及设置在模拟井筒内的模拟油管、机械筛管、机械筛管封堵器、油管穿越封隔器、气液混合器、预置供砂器、气体分离器、气体注入管线、液体注入管线及补液反冲管线；模拟井筒的井口处设置有井口防喷闸板，井口防喷闸板上安装有气体注入管线接口、液体注入管线接口、气体产出管路接口、水砂产出管路接口和补液反冲管线接口，且各管路接口安装有对应的闸阀；模拟油管的下端与机械筛管相连，机械筛管封堵器安装在机械筛管的底部；油管穿越封隔器设置在模拟井筒与模拟油管所形成的环空中，具有油管穿越功能，气体注入管线和液体注入管线穿过所述油管穿越封隔器与固定设置在模拟井筒底部的气液混合器相连；预置供砂器设置在机械筛管和气液混合器之间，且位于油管穿越封隔器的下方；气体分离器设置在模拟油管内，位于模拟油管与机械筛管接箍处并与模拟油管密封连接，气体分离器的出口端与模拟井筒和模拟油管所形成的环空连通，且其连通口位于油管穿越封隔器的上方；补液反冲管线设置在模拟油管内，且其出口位于气体分离器的上方；
所述地面子系统包括气体供给回收罐组、仿真注水箱及携砂补水箱；气体供给回收罐组的出口端安装有调压阀，并通过管线与井口防喷闸板上的气体注入管线接口相连，气体供给回收罐组的入口端安装有单向阀，并通过管线与井口防喷闸板上的气体产出管路接口相连；仿真注水箱的入口端与数据采集分析子系统的在线激光粒度仪相连，其出口端与井口防喷闸板上的液体注入管线接口相连接；携砂补水箱的入口端与仿真注水箱通过高压管线相连，且在两者之间的高压管线上设置有背压阀，当仿真注水箱内压力达到特定值时，自动向携砂补水箱排液，实现仿真注水箱与携砂补水箱之间水量的动态可控交换，携砂补水箱的出口端通过高压管线与井口防喷闸板上的补液反冲管线接口相连；气体供给回收罐组可以储存气体，并将气体通过气体注入管线注入气液混合器中，此外，还可以收集从气体分离器中分离的气体，实现循环注入；仿真注水箱通过液体注入管线向气液混合器中注水，携砂补水箱通过补液反冲管线将液体注入气体分离器的上部，将部分发生沉积的砂粒携带通过模拟油管产出；
所述数据采集分析子系统包括数据采集计算机以及与其相连的在线激光粒度仪、井口出砂浓度测量仪、压力传感器和压差传感器，压力传感器和压差传感器均与数据采集计算机相连；其中，在线激光粒度仪和井口出砂浓度测量仪设置在地面上，两者以串联方式连接在水砂产出管路接口与仿真注水箱之间，压力传感器包括分别安装在气液混合器内部和机械筛管封堵器上方的压力传感器P1和压力传感器P2，压差传感器包括分别安装在被测机械筛管的上下两端的压差传感器dP2和压差传感器dP2，以测量冲蚀过程仿真过程中筛管两端内外侧的压力降；所述压力传感器和压差传感器的数据通过数据传输实时传输到地面数据采集计算机，用于观察筛管发生冲蚀破坏的临界条件。
进一步的，所述预置供砂器为横截面为圆环状的柱体结构，包括内侧壁、外侧壁以及上顶板和下底板，内侧壁和外侧壁与上顶板和下底板之间形成的环腔中填充有模拟地层砂；且所述内侧壁包括上内侧壁和下内侧壁，外侧壁包括上外侧壁和下外侧壁，下内侧壁和下外侧壁均采用多孔网板形式设计，且下外侧壁的多孔网板的孔径小于下内侧壁的多孔网板的孔径，下内侧壁和下外侧壁组成预置供砂器的下部带孔段，上内侧壁和上外侧壁组成预置供砂器的上部密封段，下内侧壁的孔径较粗，以保证不会对气液携砂冲击筛管过程造成阻挡，而下外侧板较细的孔径则保证预置供砂器中的砂粒不会返排到外部的气液混合器中；实验过程中气体、液体流经气液混合器发生混合，然后流经预置供砂器，携带预置供砂器内部的模拟地层砂形成径向流，冲击机械筛管；预置供砂器特殊的结构设计可以保证当下部预装的砂粒(模拟地层砂)被气液携带冲击筛管并产出后，上部砂粒自动沉降，保证充足的砂粒供应，延长实验周期，保证能够有充足的时间观察筛管的冲蚀过程。
进一步的，所述下部带孔段和上部密封段之间通过螺纹连接，且下部带孔段的高度可调，通过调整下部带孔段的高度范围，可验证不同的井底流入动态下机械筛管的冲蚀寿命，为天然气水合物试采井底流入动态的调控提供建设性意见。
进一步的，所述的仿真注水箱包含一密闭耐高压水箱，耐高压水箱上设置有一水箱注入孔和水箱排出孔，耐高压水箱内设置有泥砂过滤器和液位计，所述泥沙过滤器与水箱注入孔连通，水箱排出孔端连接有一增压泵，并通过管线与井口防喷闸板上的液体注入管线接口相连。
进一步的，所述泥砂过滤器为一箱体式结构，在其上、下两侧壁上交错设置有多个不等高的挡板，与所述挡板平行且远离水箱注入孔一侧的侧面上设置有一过滤筛网，水砂混合物通过水箱注入孔进入泥砂过滤器后，由于不等高挡板的作用，流速减缓，砂粒泥沙过滤器内发生沉降，最后细粉砂被安装在泥砂过滤器侧面的过滤筛网过滤，实现水砂的分离，而且方便对泥沙过滤器的清洗。
进一步的，所述气体注入管线和液体注入管线与气液混合器的连接处分别安装有单向阀，单向阀只允许气体和液体向井内注入，防止因为气、液注入管理压力不平衡造成的气水回流。
进一步的，所述气液混合器的内部设置有分流挡板和涡轮搅拌器，气液混合器的内壁上设置有径向流环套，气液混合器与预置供砂器连通，分流挡板使注入的气、液旋喷到气液混合器内，涡轮搅拌器在液体注入管线注入水的冲击作用下发生高速旋转，使气体与液体充分搅拌混合，径向流环套有助于在较小空间中形成均匀的径向流，仿真过程更接近实际地层生产过程的径向流动过程。
进一步的，所述补液反冲管线的出口端为一U形弯管，且开口向上，形成向上的反冲水流，防止补水反冲管线注入水对井下气体分离器的冲击，同时保证较好的携砂反冲能力。
基于上述所述仿真系统，本发明另外还提出一种水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真测试方法，包括以下步骤：
A、连接地面子系统、井下子系统及数据采集分析子系统，通过仿真注水箱向系统内部打压(15MPa)，并保持一段时间，验证系统密封性；
B、进行机械筛管工况仿真，具体包括：
B1.启动仿真注水箱和气体供给回收罐组，控制一定的气液比和气液注入流量，液体和气体分别从液体注入管线、气体注入管线注入气液混合器中；
B2.气液混合器将气、液充分混合，经预置混砂箱模拟水合物生产条件下对机械筛管的冲蚀过程：气液砂三相冲击机械筛管壁面后，部分泥砂在机械筛管外围发生沉积，其余泥砂颗粒则随气液穿透机械筛管，进入机械筛管内部并向上运移，经过气体分离器；
B3.通过气体分离器之后的气体由模拟油管和模拟井筒之间的环空产出，并由气体供给回收罐组收集以循环使用；该过程中产出的水、砂混合物经由模拟油管产出；
B4.步骤B3进行的同时，通过补液反冲管线向气体分离器上方的模拟油管内部注入水，保证泥砂能顺利排出；
C、实时采集并记录步骤B整个实施过程中，压力传感器、压差传感器数据、在线激光粒度仪数据及井口出砂浓度测量仪数据，进行持续冲蚀实验，基于压力传感器变化判断机械筛管发生冲蚀的临界时间点，基于压差传感器判断机械筛管发生冲蚀的位置，观察筛管发生冲蚀的临界时间点、优先发生冲蚀的位置及发生冲蚀的程度；
具体的，基于压力传感器判断机械筛管发生冲蚀的临界时间点的基本原理是：由于该仿真系统在实验过程中为全封闭系统，气液注入压力一定条件下，机械筛管的堵塞过程是逐渐变化的，如果在某一时间点发生井内压力计数据的突然大范围波动(下降)，则说明机械筛管被打穿，即发生了冲蚀。基于压差传感器判断筛管发生冲蚀的位置的基本原理是：气液注入压力一定条件下，机械筛管的堵塞过程是逐渐变化的，因此机械筛管的内外压力差也是一个逐渐变化的过程，当筛管在某个位置点发生冲蚀破坏后，该点的内外压差迅速波动(下降)，而其他位置点的压差波动则有一个时间滞后，因此可以用这种时间滞后关系来判断机械筛管发生冲蚀的初步位置。基于上述压力传感器和压差传感器的配合，实现筛管冲蚀破坏时间和冲蚀破坏位置的综合分析。当筛管冲蚀破坏程度较小时，仅从上述压力传感器和压差传感器无法准确检测筛管发生冲蚀的情况，此时可以根据安装在地面的在线激光粒度仪、井口出砂浓度测量仪判断冲蚀程度，如果在线激光粒度仪测量得到的粒度或井口出砂浓度测量仪测量得到的液体中的含砂浓度发生突然波动，说明机械筛管挡砂介质发生了冲蚀破坏，根据波动大小判断筛管的冲蚀程度的大小；
在机械筛管的模拟冲蚀过程中，机械筛管能够阻挡一定粒径的地层砂进入机械筛管内，当筛管发生冲蚀破坏时，其网缝会发生破坏而扩大，让更大粒径的砂粒进入筛管中；通过回声固相浓度分析仪和在线激光粒度仪分析产出砂的粒径变化，如果粒径值逐渐增大，则可以判断发生了冲蚀破坏，通过比较发生冲蚀破坏的时间和冲蚀破坏的程度来比较筛管的抗冲蚀性能，由此优选适合于天然气水合物生产井的防砂筛管；
D、进行机械筛管冲蚀工况评估，结束仿真。
进一步的，所述步骤D中，对机械筛管冲蚀工况评估时，还可以包括以下几种情况中的任意一种或多种：
D1.更换具有不同筛管外保护罩的机械筛管，执行步骤A-C，通过对比不同机械筛管外保护罩导流设计的合理性，为合适的筛管外保护罩导流槽的设计提供依据；如甲、乙、丙三种机械筛管，机械筛管内部挡砂筛网为统一类型，仿真模拟工况一致，如果机械筛管甲发生冲蚀破坏的时间较短，则说明甲筛管的导流罩设计不合理，从乙丙中再进行优选，从而为合适的筛管外保护罩导流槽的设计提供依据；
D2.更换不同类型的机械筛管，执行步骤A-C，通过对比不同机械筛管的使用寿命的差异，优选最佳抗冲蚀筛管，为最佳的现场所需筛管优选提供依据；如甲、乙、丙三种机械筛管，机械筛管结构一致但是材质不一样，如果机械筛管甲发生冲蚀破坏的时间较短且冲蚀破坏程度较大，则说明甲筛管不适用于天然气水合物生产工况，从乙丙中再进行优选，从而为最佳的现场所需筛管优选提供依据；
D3.更换预置供砂器中的模拟地层砂，对不同的模拟地层砂进行仿真，执行步骤A-C，通过对比验证不同的地层条件下的机械筛管使用寿命，为天然气水合物试采周期评估提供支撑；如甲、乙、丙三种地层砂，对同一种机械筛管在相同仿真模拟工况条件下进行模拟，如果地层砂甲优先导致机械筛管发生冲蚀破坏，则说明实际水合物开采过程中应该尽可能控制该尺寸的砂粒流动至井底，从而为合理的降压途径控制调整提供依据；
D4.控制调节预置供砂器的下部带孔段的高度，验证不同的井底流入动态条件下机械筛管的冲蚀寿命，为天然气水合物试采井底流入动态的调控提供建议；如甲、乙、丙三种不同的预置供砂器下部内侧多孔网板高度，采用相同的工况对同一类机械筛管进行冲蚀仿真，如果多孔网板甲优先导致筛管发生冲蚀破坏，则说明甲工况不利于延长机械筛管使用周期，从乙丙中再进行优选，从而为合适的水合物开采储层改造区间提供依据。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本方案所述的仿真系统均为全尺寸全参数仿真，模拟井筒的深度为200m，能够涵盖目前我国海域天然气水合物储层的基本深度范围，仿真结果更接近现场施工，仿真优化得到的施工参数结果与现场施工参数为1:1对应关系，仿真结果可以直接用于浅层天然气水合物储层砾石充填施工，可参考性强；且预置供砂器的特殊设计一方面能够有效保证仿真模拟实验周期，保证冲蚀仿真实验的成功，另一方面能够通过下部内侧多孔网板高度的调节实现不同井底流入工况的模拟，从而为合适的水合物开采储层改造区间提供依据；
首创性地将筛管冲蚀和实际水合物生产井工况条件相结合，通过压力传感器、压差传感器、在线激光粒度仪与井口出砂浓度测量仪联合，实现筛管冲蚀状况的实时监测，通过模拟实验可以得到筛管在水合物生产条件下的冲蚀破坏规律，能够为筛管外保护罩导流槽的设计、筛管类型的优选、降压控砂方案的风险提示及储存的改造区间提供数据支撑，从而评价筛管在水合物开采过程中的抗冲蚀适应性，为井底控砂介质优选及生产作业降压方案的实时调控提供依据。
附图说明
图1为本发明实施例1中仿真系统结构示意图；
图2为本发明实施例1所述仿真注水箱结构示意图；
图3为本发明实施例1预置供砂器示意图；
其中，1、模拟井筒；2、模拟油管；3、机械筛管；4、气体分离器；5、气液混合器；6、预置供砂器；7、机械筛管封堵器；8、液体注入管线；9、气体注入管线；10、油管穿越封隔器；11、补液反冲管线；12、井口防喷闸板；13、仿真注水箱；14、携砂补水箱；15、在线激光粒度仪；16、井口出砂浓度测量仪；17、气体供给回收罐组；F1-F5、高压截止阀门；B1、背压阀；P1-P2、压力传感器；dP1-dP2、压差传感器；6-1、上外侧壁；6-2、上内侧壁；6-3、下外侧壁；6-4、下内侧壁；6-5、模拟地层砂；6-6、上顶板；13-1、密闭耐高压水箱；13-2、泥砂过滤器；13-3、增压泵；13-4、液位计；13-5、水箱注入孔；13-6、挡板；13-7、过滤筛网。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1、水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统，与实际施工工具为1:1对应关系，仿真实验过程中，该系统形成一封闭的高压循环系统，模拟最大压力15MPa，满足实际天然气水合物储层压力条件的模拟，如图1所示，包括井下子系统、地面子系统及数据采集分析子系统；
所述井下子系统的基本构架为一口深度为200m的试验井，能够满足实际天然气水合物开采井筛管工况的全尺寸仿真，包括模拟井筒1以及设置在模拟井筒1内的模拟油管2、机械筛管3、机械筛管封堵器7、油管穿越封隔器10、气液混合器5、预置供砂器6、气体分离器4、气体注入管线9、液体注入管线8及补液反冲管线11；模拟井筒1的井口处设置有井口防喷闸板12，井口防喷闸板12上安装有气体注入管线接口、液体注入管线接口、气体产出管路接口、水砂产出管路接口和补液反冲管线接口，且各管路接口安装有对应的闸阀(截止阀)；模拟油管2的下端与机械筛管3相连，机械筛管封堵器7安装在机械筛管3的底部；油管穿越封隔器10设置在模拟井筒1与模拟油管2所形成的环空中，具有油管穿越功能，气体注入管线9和液体注入管线8穿过所述油管穿越封隔器10与固定设置在模拟井筒1底部的气液混合器5相连；预置供砂器6设置在机械筛管3和气液混合器5之间，且位于油管穿越封隔器10的下方；气体分离器4设置在模拟油管2内，位于模拟油管2与机械筛管3接箍处并与模拟油管2密封连接，气体分离器4的出口端与模拟井筒1和模拟油管2所形成的环空连通，且其连通口位于油管穿越封隔器10的上方；补液反冲管线11设置在模拟油管2内，且其出口位于气体分离器4的上方；
所述地面子系统包括气体供给回收罐组17、仿真注水箱13及携砂补水箱14；气体供给回收罐组17的出口端安装有调压阀，并通过管线与井口防喷闸板12上的气体注入管线接口相连，气体供给回收罐组17的入口端安装有单向阀，并通过管线与井口防喷闸板12上的气体产出管路接口相连；仿真注水箱13的入口端与数据采集分析子系统的在线激光粒度仪15相连，其出口端与井口防喷闸板12上的液体注入管线接口相连接；携砂补水箱14的入口端与仿真注水箱13通过高压管线相连，且在两者之间的高压管线上设置有背压阀B1，当仿真注水箱13内压力达到特定值时，自动向携砂补水箱14排液，实现仿真注水箱13与携砂补水箱14之间水量的动态可控交换，携砂补水箱14的出口端通过高压管线与井口防喷闸板12上的补液反冲管线接口相连；气体供给回收罐组17可以储存气体，并将气体通过气体注入管线注入气液混合器5中，此外，还可以收集从气体分离器4中分离的气体，实现循环注入；仿真注水箱13通过液体注入管线8向气液混合器5中注水，携砂补水箱14通过补液反冲管线11将液体注入气体分离器4的上部，将部分发生沉积的砂粒携带通过模拟油管产出；
所述数据采集分析子系统包括数据采集计算机以及与其相连的在线激光粒度仪15、井口出砂浓度测量仪16、压力传感器和压差传感器，压力传感器和压差传感器均与数据采集计算机相连；其中，在线激光粒度仪15和井口出砂浓度测量仪16设置在地面上，两者以串联方式连接在水砂产出管路接口与仿真注水箱13之间，压力传感器包括分别安装在气液混合器5内部和机械筛管封堵器上7方的压力传感器P1和压力传感器P2，压差传感器包括分别安装在被测机械筛管3的上下两端的压差传感器dP2和压差传感器dP2，以测量冲蚀过程仿真过程中筛管两端内外侧的压力降；所述压力传感器和压差传感器的数据通过数据传输实时传输到地面数据采集计算机，用于观察筛管发生冲蚀破坏的临界条件。
如图3所示，所述预置供砂器6为横截面为圆环状的柱体结构，为高度20m的环柱状构造，能够覆盖所有筛管长度(9m或12m)的冲蚀实验条件，包括内侧壁、外侧壁以及上顶板6-6和下底板，内侧壁和外侧壁与上顶板和下底板之间形成的环腔中填充有模拟地层砂6-5；且所述内侧壁包括上内侧壁6-2和下内侧壁6-4，外侧壁包括上外侧壁6-1和下外侧壁6-3，下内侧壁6-4和下外侧壁6-3均采用多孔网板形式设计，且下外侧壁6-3的多孔网板的孔径小于下内侧壁6-4的多孔网板的孔径，下内侧壁和下外侧壁组成预置供砂器的下部带孔段，上内侧壁和上外侧壁组成预置供砂器的上部密封段，下内侧壁6-4的孔径较粗，以保证不会对气液携砂冲击筛管过程造成阻挡，而下外侧板6-3较细的孔径则保证预置供砂器6中的砂粒不会返排到外部的气液混合器5中；实验过程中气体、液体流经气液混合器5发生混合，然后流经预置供砂器6，携带预置供砂器内部的模拟地层砂6-5形成径向流，冲击机械筛管3；预置供砂器6的外径与气液混合器5内径相同，内径为95/8”，能够满足外径小于为95/8”的所有类型的机械筛管的冲蚀过程模拟实验；预置供砂器6特殊的结构设计可以保证当下部预装的砂粒(模拟地层砂)被气液携带冲击筛管并产出后，上部砂粒自动沉降，保证充足的砂粒供应，延长实验周期，保证能够有充足的时间观察筛管的冲蚀过程。
而且，预制供砂器6的下部带孔段和上部密封段之间通过螺纹形式连接，且下部带孔段的高度可调，比如，预置供砂器6的总高度固定，即下部带孔段和上部密封段高度总和固定，优选18m，下部带孔段的高度序列可以依次设计为1m、2m、3m……10m等多个标准，对应的，上部密封段的高度为17m,16m，15m……8m等，两者连接过程中根据下部带孔段的高度选择上部密封段的高度，并通过螺纹连接使用，进而实现下部带孔段的高度可调，当然，也可以采用其他可调方式，通过调整多孔网板的高度范围，可验证不同的井底流入动态下机械筛管的冲蚀寿命，进而为为天然气水合物试采井底流入动态的调控提供建设性意见。
参考图2，所述的仿真注水箱包含一密闭耐高压水箱13-1，耐高压水箱13-1上设置有一水箱注入孔13-5和水箱排出孔，耐高压水箱13-1内设置有泥砂过滤器13-2和液位计13-4，所述泥沙过滤器13-2与水箱注入孔13-5连通，耐高压水箱13-1的底面为弧形结构，水箱排出孔设置在最低端，水箱排出孔连接有一增压泵13-3，并通过管线与井口防喷闸板12上的液体注入管线接口相连。其中泥砂过滤器13-2为一箱体式结构，在其上、下两侧壁上交错设置有多个不等高的挡板13-6，与所述挡板13-6平行且远离水箱注入孔一侧的侧面设置有一过滤筛网13-7，水砂混合物通过水箱注入孔进入泥砂过滤器13-2后，由于不等高挡板13-6的作用，流速减缓，砂粒泥沙过滤器内发生沉降，最后细粉砂被安装在泥砂过滤器侧面的过滤筛网13-7过滤，实现水砂的分离，而且方便对泥沙过滤器的清洗。
本实施例中，所述气液混合器5的内部设置有分流挡板和涡轮搅拌器，气液混合器5的内壁上设置有径向流环套，气液混合器与预置供砂器连通，分流挡板使注入的气、液旋喷到气液混合器内，涡轮搅拌器在液体注入管线注入水的冲击作用下发生高速旋转，使气体与液体充分搅拌混合，径向流环套有助于在较小空间中形成均匀的径向流，仿真过程更接近实际地层生产过程的径向流动过程；而且，所述气体注入管线9和液体注入管线8与气液混合器5的连接处分别安装有单向阀，单向阀只允许气体和液体向井内注入，防止因为气、液注入管理压力不平衡造成的气水回流；另外，为了防止补水反冲管线注入水对井下气体分离器的冲击，同时保证较好的携砂反冲能力，所述补液反冲管线11的出口端为一U形弯管，且开口向上，形成向上的反冲水流。
本实施例提出的仿真系统为全尺寸全参数仿真，结合对预置供砂器、仿真注水箱等结构的特殊改进设计，首次创造性的将筛管冲蚀和实际水合物生产井工况条件相结合，通过所述的压力传感器、压差传感器、在线激光粒度仪、井口出砂浓度测量仪联合，实现筛管冲蚀状况的实时监测，能够为筛管外保护罩导流槽的设计、筛管类型的优选、降压控砂方案的风险提示及储存的改造区间提供数据支撑，且可以根据实际情况调整管内管柱组合，适用于不同井身结构，具有广泛的实用价值及研究意义。
实施例2，基于上述所述仿真系统本发明另外还提出一种水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真测试方法，包括以下步骤：
A、连接地面子系统、井下子系统及数据采集分析子系统，通过仿真注水箱向系统内部打压(15MPa)，并保持一段时间，验证系统密封性；
B、进行机械筛管工况仿真，具体包括：
B1.启动仿真注水箱和气体供给回收罐组，控制一定的气液比和气液注入流量，液体和气体分别从液体注入管线、气体注入管线注入气液混合器中；
B2.气液混合器将气、液充分混合，经预置混砂箱模拟水合物生产条件下对机械筛管的冲蚀过程：气液砂三相冲击机械筛管壁面后，部分泥砂在机械筛管外围发生沉积，其余泥砂颗粒则随气液穿透机械筛管，进入机械筛管内部并向上运移，经过气体分离器；
B3.通过气体分离器之后的气体由模拟油管和模拟井筒之间的环空产出，并由气体供给回收罐组收集以循环使用；该过程中产出的水、砂混合物经由模拟油管产出；
B4.步骤B3进行的同时，通过补液反冲管线向气体分离器上方的模拟油管内部注入水，保证泥砂能顺利排出；
C、实时采集并记录步骤B整个实施过程中，压力传感器、压差传感器数据、在线激光粒度仪数据及井口出砂浓度测量仪数据，进行持续冲蚀实验，基于压力传感器变化判断机械筛管发生冲蚀的临界时间点，基于压差传感器判断机械筛管发生冲蚀的位置，观察筛管发生冲蚀的临界时间点、优先发生冲蚀的位置及发生冲蚀的程度；
具体的，基于压力传感器判断机械筛管发生冲蚀的临界时间点的基本原理是：由于该测试系统为全封闭系统，气液注入压力一定条件下，机械筛管的堵塞过程是逐渐变化的，如果在某一时间点发生井内压力计数据的突然大范围波动(下降)，则说明机械筛管被打穿，即发生了冲蚀。
基于压差传感器判断筛管发生冲蚀的位置的基本原理是：气液注入压力一定条件下，机械筛管的堵塞过程是逐渐变化的，因此机械筛管的内外压力差也是一个逐渐变化的过程，当筛管在某个位置点发生冲蚀破坏后，该点的内外压差迅速波动(下降)，而其他位置点的压差波动则有一个时间滞后，因此可以用这种时间滞后关系来判断机械筛管发生冲蚀的初步位置。基于上述压力传感器和压差传感器的配合，实现筛管冲蚀破坏时间和冲蚀破坏位置的综合分析。
当筛管冲蚀破坏程度较小时，仅从上述压力传感器和压差传感器无法准确检测筛管发生冲蚀的情况，此时可以根据安装在地面的在线激光粒度仪、井口出砂浓度测量仪判断冲蚀程度，如果在线激光粒度仪测量得到的粒度或井口出砂浓度测量仪测量得到的液体中的含砂浓度发生突然波动，说明机械筛管挡砂介质发生了冲蚀破坏，根据波动大小判断筛管的冲蚀程度的大小；也就是说在机械筛管的模拟冲蚀过程中，机械筛管能够阻挡一定粒径的地层砂进入机械筛管内，当筛管发生冲蚀破坏时，其网缝会发生破坏而扩大，让更大粒径的砂粒进入筛管中；通过回声固相浓度分析仪和在线激光粒度仪分析产出砂的粒径变化，如果粒径值逐渐增大，则可以判断发生了冲蚀破坏，通过比较发生冲蚀破坏的时间和冲蚀破坏的程度来比较筛管的抗冲蚀性能，由此优选适合于天然气水合物生产井的防砂筛管；
D、进行机械筛管冲蚀工况评估，结束仿真。
对于本实施例所述仿真测试方法来说，在所述步骤D中，对机械筛管冲蚀工况评估时，还可以包括以下几种情况中的任意一种或多种：
D1.更换具有不同筛管外保护罩的机械筛管，执行步骤A-C，通过对比不同机械筛管外保护罩导流设计的合理性，为合适的筛管外保护罩导流槽的设计提供依据；如甲、乙、丙三种机械筛管，机械筛管内部挡砂筛网为统一类型，仿真模拟工况一致，如果机械筛管甲发生冲蚀破坏的时间较短，则说明甲筛管的导流罩设计不合理，从乙丙中再进行优选，从而为合适的筛管外保护罩导流槽的设计提供依据；
D2.更换不同类型的机械筛管，执行步骤A-C，通过对比不同机械筛管的使用寿命的差异，优选最佳抗冲蚀筛管，为最佳的现场所需筛管优选提供依据；如甲、乙、丙三种机械筛管，机械筛管结构一致但是材质不一样，如果机械筛管甲发生冲蚀破坏的时间较短且冲蚀破坏程度较大，则说明甲筛管不适用于天然气水合物生产工况，从乙丙中再进行优选，从而为最佳的现场所需筛管优选提供依据；
D3.更换预置供砂器中的模拟地层砂，对不同的模拟地层砂进行仿真，执行步骤A-C，通过对比验证不同的地层条件下的机械筛管使用寿命，为天然气水合物试采周期评估提供支撑；如甲、乙、丙三种地层砂，对同一种机械筛管在相同仿真模拟工况条件下进行模拟，如果地层砂甲优先导致机械筛管发生冲蚀破坏，则说明实际水合物开采过程中应该尽可能控制该尺寸的砂粒流动至井底，从而为合理的降压途径控制调整提供依据；
D4.控制调节预置供砂器的下部带孔段的高度，验证不同的井底流入动态条件下机械筛管的冲蚀寿命，为天然气水合物试采井底流入动态的调控提供建议；如甲、乙、丙三种不同的预置供砂器下部内侧多孔网板高度，采用相同的工况对同一类机械筛管进行冲蚀仿真，如果多孔网板甲优先导致筛管发生冲蚀破坏，则说明甲工况不利于延长机械筛管使用周期，从乙丙中再进行优选，从而为合适的水合物开采储层改造区间提供依据。
总之，利用该仿真系统及其相应的测试方法可以开展不同生产条件下不同筛管冲蚀特性的筛管仿模拟，观测筛管的冲蚀破坏时间点，及评价筛管的使用寿命，预测井底控砂有效期；检测筛管在不同生产条件下的抗冲蚀性能，为实际天然气水合物开采井的降压方案设计、储存改造区间优化提供支撑对筛管在水合物储层水、气、砂三相产出规律条件下的冲蚀破坏过程进行实时监测，从而评价筛管在水合物开采过程中的抗冲蚀适应性，为井底控砂介质优选及生产作业降压方案的实时调控提供依据。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统，与实际施工工具为1:1对应关系，其特征在于，仿真实验过程中，该系统形成一封闭的高压循环系统，包括井下子系统、地面子系统及数据采集分析子系统；
所述井下子系统包括模拟井筒以及设置在模拟井筒内的模拟油管、机械筛管、机械筛管封堵器、油管穿越封隔器、气液混合器、预置供砂器、气体分离器、气体注入管线、液体注入管线及补液反冲管线；模拟井筒的井口处设置有井口防喷闸板，井口防喷闸板上安装有气体注入管线接口、液体注入管线接口、气体产出管路接口、水砂产出管路接口和补液反冲管线接口，且各管路接口安装有对应的闸阀；模拟油管的下端与机械筛管相连，机械筛管封堵器安装在机械筛管的底部；油管穿越封隔器设置在模拟井筒与模拟油管所形成的环空中，气体注入管线和液体注入管线穿过所述油管穿越封隔器与固定设置在模拟井筒底部的气液混合器相连；预置供砂器设置在机械筛管和气液混合器之间，且位于油管穿越封隔器的下方；气体分离器设置在模拟油管内，位于模拟油管与机械筛管接箍处并与模拟油管密封连接，气体分离器的出口端与模拟井筒和模拟油管所形成的环空连通；补液反冲管线设置在模拟油管内，且其出口位于气体分离器的上方；
所述地面子系统包括气体供给回收罐组、仿真注水箱及携砂补水箱；气体供给回收罐组的出口端安装有调压阀，并通过管线与井口防喷闸板上的气体注入管线接口相连，气体供给回收罐组的入口端安装有单向阀，并通过管线与井口防喷闸板上的气体产出管路接口相连；仿真注水箱的入口端与数据采集分析子系统的在线激光粒度仪相连，其出口端与井口防喷闸板上的液体注入管线接口相连接；携砂补水箱的入口端与仿真注水箱通过高压管线相连，且在两者之间的高压管线上设置有背压阀，携砂补水箱的出口端通过高压管线与井口防喷闸板上的补液反冲管线接口相连；仿真注水箱通过液体注入管线向气液混合器中注水，携砂补水箱通过补液反冲管线将液体注入气体分离器的上部，将部分发生沉积的砂粒通过模拟油管产出；
所述数据采集分析子系统包括数据采集计算机以及与其相连的在线激光粒度仪、井口出砂浓度测量仪、压力传感器和压差传感器，压力传感器和压差传感器均与数据采集计算机相连；其中，在线激光粒度仪和井口出砂浓度测量仪设置在地面上，两者以串联方式连接在水砂产出管路接口与仿真注水箱之间，压力传感器包括分别安装在气液混合器内部和机械筛管封堵器上方的压力传感器P1和压力传感器P2，压差传感器包括分别安装在被测机械筛管的上下两端的压差传感器dP2和压差传感器dP2。
2.根据权利要求1所述的水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统，其特征在于，所述预置供砂器为横截面为圆环状的柱体结构，包括内侧壁、外侧壁以及上顶板和下底板，内侧壁和外侧壁与上顶板和下底板之间形成的环腔中填充有模拟地层砂；且所述内侧壁包括上内侧壁和下内侧壁，外侧壁包括上外侧壁和下外侧壁，下内侧壁和下外侧壁均采用多孔网板，且下外侧壁的多孔网板的孔径小于下内侧壁的多孔网板的孔径，下内侧壁和下外侧壁组成预置供砂器的下部带孔段，上内侧壁和上外侧壁组成预置供砂器的上部密封段。
3.根据权利要求2所述的水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统，其特征在于，所述下部带孔段和上部密封段之间通过螺纹连接，且下部带孔段的高度可调。
4.根据权利要求2或3所述的水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统，其特征在于，所述的仿真注水箱包含一密闭耐高压水箱，耐高压水箱上设置有一水箱注入孔和水箱排出孔，耐高压水箱内设置有泥砂过滤器和液位计，所述泥沙过滤器与水箱注入孔连通，水箱排出孔端连接有一增压泵，并通过管线与井口防喷闸板上的液体注入管线接口相连。
5.根据权利要求4所述的水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统，其特征在于，所述泥砂过滤器为一箱体式结构，在其上、下两侧壁上交错设置有多个不等高的挡板，与所述挡板平行且远离水箱注入孔一侧的侧面上设置有一过滤筛网。
6.根据权利要求5所述的水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统，其特征在于，所述气体注入管线和液体注入管线与气液混合器的连接处分别安装有单向阀。
7.根据权利要求6所述的水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统，其特征在于，所述气液混合器的内部设置有分流挡板和涡轮搅拌器，气液混合器的内壁上设置有径向流环套，气液混合器与预置供砂器连通，分流挡板使注入的气、液旋喷到气液混合器内，涡轮搅拌器在液体注入管线注入液体的冲击作用下发生高速旋转，使气体与液体充分搅拌混合，径向流环套保证气液进入预置供砂器中时形成均匀的径向流。
8.根据权利要求7所述的水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统，其特征在于，所述补液反冲管线的出口端为一U形弯管，且开口向上。
9.基于权利要求1-8任一项所述仿真系统的水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、连接地面子系统、井下子系统及数据采集分析子系统，通过仿真注水箱向系统内部打压，验证系统密封性；
B、进行机械筛管工况仿真，具体包括：
B1.启动仿真注水箱和气体供给回收罐组，控制气液比和气液注入流量，液体和气体分别从液体注入管线、气体注入管线注入气液混合器中；
B2.气液混合器将气、液充分混合，流经预置混砂箱，携带预置供砂器内部的模拟地层砂形成径向流，模拟水合物生产条件下对机械筛管的冲蚀过程：气液砂三相冲击机械筛管壁面后，部分泥砂在机械筛管外围发生沉积，其余泥砂颗粒则随气液穿透机械筛管，进入机械筛管内部并向上运移，经过气体分离器；
B3.通过气体分离器之后的气体由模拟油管和模拟井筒之间的环空产出，并由气体供给回收罐组收集以循环使用；该过程中产出的水、砂混合物经由模拟油管产出；
B4.步骤B3进行的同时，通过补液反冲管线向气体分离器上方的模拟油管内部注入水，保证泥砂能顺利排出；
C、实时采集并记录步骤B整个实施过程中，压力传感器、压差传感器数据、在线激光粒度仪数据及井口出砂浓度测量仪数据，进行持续冲蚀实验，基于压力传感器变化判断机械筛管发生冲蚀的临界时间点，基于压差传感器判断机械筛管发生冲蚀的位置，观察筛管发生冲蚀的临界时间点、优先发生冲蚀的位置及发生冲蚀的程度；
D、进行机械筛管冲蚀工况评估，结束仿真。
10.根据权利要求9所述的水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真测试方法，其特征在于，所述步骤D中，对机械筛管冲蚀工况评估时，还可以包括以下几种情况中的任意一种或多种：
D1.更换具有不同筛管外保护罩的机械筛管，执行步骤A-C，通过对比不同机械筛管外保护罩导流设计的合理性，为合适的筛管外保护罩导流槽的设计提供依据；
D2.更换不同类型的机械筛管，执行步骤A-C，通过对比不同机械筛管的使用寿命的差异，优选最佳抗冲蚀筛管，为最佳的现场所需筛管优选提供依据；
D3.更换预置供砂器中的模拟地层砂，对不同的模拟地层砂进行仿真，执行步骤A-C，通过对比验证不同的地层条件下的机械筛管使用寿命，为天然气水合物试采周期评估提供支撑；
D4.控制调节预置供砂器的下部带孔段的高度，验证不同的井底流入动态条件下机械筛管的冲蚀寿命，为天然气水合物试采井底流入动态的调控提供建议。
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|---|---|
| CN (1) | CN107843513B (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109555519A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-04-02 | 华侨大学 | 模拟天然气水合物开采时孔壁破坏情况的试验系统和方法 |
| CN111551479A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-18 | 中国石油大学(华东) | 一种多功能防砂模拟和筛管评测实验装置及方法 |
| CN111562189A (zh) * | 2020-05-31 | 2020-08-21 | 太原理工大学 | 一种面向导流槽材料的超高温燃气射流冲蚀试验装置 |
| CN112082892A (zh) * | 2019-06-14 | 2020-12-15 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种三高油气井节流阀抗冲蚀性能实验装置和方法 |
| CN112082891A (zh) * | 2019-06-14 | 2020-12-15 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种三高油气井节流阀抗冲蚀性能试验方法 |
| CN113161583A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-23 | 中通客车股份有限公司 | 一种燃料电池汽水分离器性能评价方法及系统 |
| CN113187462A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-30 | 中国石油大学(华东) | 一种天然气井防砂完井筛管冲蚀损坏风险评价方法 |
| CN113959923A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-21 | 中国地质调查局油气资源调查中心 | 天然气水合物未固结储层多孔介质骨架强化材料评价方法 |
| CN114047087A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-02-15 | 中国海洋石油集团有限公司 | 基于参考井和实验数据的筛管冲蚀寿命预测方法 |
| CN114059974A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-02-18 | 北京大学 | 海域水合物藏径向井复合液固相变材料的防砂方法、装置及实验方法 |
| CN116498279A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-07-28 | 中国地质大学（北京） | 模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统及方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02184738A (ja) * | 1988-11-25 | 1990-07-19 | Gold Star Co Ltd | 加熱条件で摩耗粉の粒度分析が可能な耐摩耗試験機 |
| US20150034323A1 (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | Schlumber Technology Corporation | Sand control system and methodology |
| CN104675366A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-06-03 | 中国石油大学(北京) | 一种高温高压井筒模拟装置 |
| CN204831980U (zh) * | 2015-08-03 | 2015-12-02 | 中国海洋石油总公司 | 一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统 |
| KR101621504B1 (ko) * | 2015-11-10 | 2016-05-16 | 한국지질자원연구원 | 가스 하이드레이트 생산에 의한 사질생산 모사장치 및 모사방법 |
| CN205483883U (zh) * | 2016-03-14 | 2016-08-17 | 中国石油大学(北京) | 一种评价防砂筛网冲蚀程度实验装置 |
| CN105928813A (zh) * | 2016-06-02 | 2016-09-07 | 中国海洋石油总公司 | 一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法 |
| CN106290037A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-01-04 | 中国石油大学(北京) | 一种多功能防砂筛网耐冲蚀性能评价装置 |
| CN206095847U (zh) * | 2016-08-30 | 2017-04-12 | 中国石油大学(北京) | 一种评价气井防砂筛网抗冲蚀程度的实验装置 |
| CN206095848U (zh) * | 2016-08-30 | 2017-04-12 | 中国石油大学(北京) | 一种评价油气合采井防砂筛网抗冲蚀程度的实验装置 |
| CN106596312A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-04-26 | 中国石油天然气股份有限公司 | 用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法 |
| CN207623167U (zh) * | 2017-11-30 | 2018-07-17 | 青岛海洋地质研究所 | 水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统 |
-
2017
- 2017-11-30 CN CN201711242760.3A patent/CN107843513B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02184738A (ja) * | 1988-11-25 | 1990-07-19 | Gold Star Co Ltd | 加熱条件で摩耗粉の粒度分析が可能な耐摩耗試験機 |
| US20150034323A1 (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | Schlumber Technology Corporation | Sand control system and methodology |
| CN104675366A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-06-03 | 中国石油大学(北京) | 一种高温高压井筒模拟装置 |
| CN204831980U (zh) * | 2015-08-03 | 2015-12-02 | 中国海洋石油总公司 | 一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统 |
| KR101621504B1 (ko) * | 2015-11-10 | 2016-05-16 | 한국지질자원연구원 | 가스 하이드레이트 생산에 의한 사질생산 모사장치 및 모사방법 |
| CN205483883U (zh) * | 2016-03-14 | 2016-08-17 | 中国石油大学(北京) | 一种评价防砂筛网冲蚀程度实验装置 |
| CN105928813A (zh) * | 2016-06-02 | 2016-09-07 | 中国海洋石油总公司 | 一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法 |
| CN106290037A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-01-04 | 中国石油大学(北京) | 一种多功能防砂筛网耐冲蚀性能评价装置 |
| CN206095847U (zh) * | 2016-08-30 | 2017-04-12 | 中国石油大学(北京) | 一种评价气井防砂筛网抗冲蚀程度的实验装置 |
| CN206095848U (zh) * | 2016-08-30 | 2017-04-12 | 中国石油大学(北京) | 一种评价油气合采井防砂筛网抗冲蚀程度的实验装置 |
| CN106596312A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-04-26 | 中国石油天然气股份有限公司 | 用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法 |
| CN207623167U (zh) * | 2017-11-30 | 2018-07-17 | 青岛海洋地质研究所 | 水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 李彦龙;刘乐乐;刘昌岭;孙建业;业渝光;陈强;: "天然气水合物开采过程中的出砂与防砂问题", 海洋地质前沿, no. 07 * |
| 杨沛鑫;刘强;李彦龙;姜歌;: "热采水平井复合筛管热应力及变形规律分析", 石油机械, no. 03 * |
| 王地举等: "春光油田白垩系储层机械防砂筛管性能评价与优选实验", 《科学技术与工程》, vol. 15, no. 25 * |
| 高宏等: "星孔防砂筛管摩擦阻力系数试验与模型研究", 《石油机械》, vol. 45, no. 11 * |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109555519A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-04-02 | 华侨大学 | 模拟天然气水合物开采时孔壁破坏情况的试验系统和方法 |
| CN109555519B (zh) * | 2019-01-08 | 2023-05-05 | 华侨大学 | 模拟天然气水合物开采时孔壁破坏情况的试验系统和方法 |
| CN112082891A (zh) * | 2019-06-14 | 2020-12-15 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种三高油气井节流阀抗冲蚀性能试验方法 |
| CN112082892A (zh) * | 2019-06-14 | 2020-12-15 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种三高油气井节流阀抗冲蚀性能实验装置和方法 |
| CN111551479A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-18 | 中国石油大学(华东) | 一种多功能防砂模拟和筛管评测实验装置及方法 |
| CN111562189B (zh) * | 2020-05-31 | 2022-06-28 | 太原理工大学 | 一种面向导流槽材料的超高温燃气射流冲蚀试验装置 |
| CN111562189A (zh) * | 2020-05-31 | 2020-08-21 | 太原理工大学 | 一种面向导流槽材料的超高温燃气射流冲蚀试验装置 |
| CN113187462A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-30 | 中国石油大学(华东) | 一种天然气井防砂完井筛管冲蚀损坏风险评价方法 |
| CN113187462B (zh) * | 2021-03-25 | 2023-02-24 | 中国石油大学(华东) | 一种天然气井防砂完井筛管冲蚀损坏风险评价方法 |
| CN113161583A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-23 | 中通客车股份有限公司 | 一种燃料电池汽水分离器性能评价方法及系统 |
| CN114047087A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-02-15 | 中国海洋石油集团有限公司 | 基于参考井和实验数据的筛管冲蚀寿命预测方法 |
| CN114047087B (zh) * | 2021-09-27 | 2024-03-08 | 中国海洋石油集团有限公司 | 基于参考井和实验数据的筛管冲蚀寿命预测方法 |
| CN113959923A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-21 | 中国地质调查局油气资源调查中心 | 天然气水合物未固结储层多孔介质骨架强化材料评价方法 |
| CN114059974A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-02-18 | 北京大学 | 海域水合物藏径向井复合液固相变材料的防砂方法、装置及实验方法 |
| CN116498279A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-07-28 | 中国地质大学（北京） | 模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统及方法 |
| CN116498279B (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-15 | 中国地质大学（北京） | 模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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