CN112182793A - 一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法，包括：建立气井防砂管冲蚀速率预测模型，冲蚀速率预测模型中计算气井防砂管的冲蚀速率的参数包括：流体速度、含砂浓度和相关系数；以气固两相冲蚀物理模拟实验及气井冲蚀数值模拟相结合，确定冲蚀速率预测模型中的相关系数的值；根据被测气井防砂管的现场数据，确定实际井下炮孔气体及防砂管过滤单元件的最大流体速度，结合现场气井的允许含砂浓度，进行被测的井下防砂管的寿命预测。采用现场数据统计、理论计算、室内物理模拟实验及数值模拟四者相结合的手段，实现了现场气井高速冲蚀条件下防砂管寿命定量预测，结果准确可靠，对提高油气田的开发效率、保证井下防砂管柱完整性具有重要的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及油气井开发过程中完井防砂技术领域，尤其涉及一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法。
背景技术
随着油气田开采进入中后期，完井防砂管柱均不同程度暴露出冲蚀破坏问题，严重影响完井管柱的结构完整性。目前对于冲蚀的研究均集中在油井的开采中，对于气井冲蚀，由于流态复杂，影响因素总多，还没有形成成熟的理论与方法。
对冲蚀的研究是近年来国内外十分活跃的前沿课题之一。冲蚀是多相流动介质冲击材料表面造成的磨损现象，即固液混合颗粒按一定的速度或角度对材料表面进行冲击所造成的一种材料损坏现象或过程。其定义可以解释为固相表面同含有固相粒子的流体接触相对运动而对表面材料造成的损耗。在微观上表现为磨损、腐蚀及其相互促进作用。
油井的冲蚀研究已取得一定的成果，前期研究表明影响油井冲蚀模型主要因素分别为：材质、速度V、含砂浓度Cp、冲蚀角度等因素，并且建立了一系列油井冲蚀速率预测模型，具有代表性的有API-14E模型、Tulsa模型、Salama模型及Finnie模型等，总多模型均建立在微切削理论上，在微观上表现为低速磨蚀为主，但是对于海上高产气井产生的高速冲蚀，并没有一套成熟的理论与方法来支撑现场气井开采中的防砂管柱冲蚀寿命预测。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法，解决现有技术中问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法，包括：
步骤1，建立气井防砂管冲蚀速率预测模型，所述冲蚀速率预测模型中计算所述气井防砂管的冲蚀速率的参数包括：流体速度V、含砂浓度Cp以及相关系数；
步骤2，以气固两相冲蚀物理模拟实验及气井冲蚀数值模拟方案相结合，确定所述冲蚀速率预测模型中的相关系数的值；
步骤3，根据被测所述气井防砂管的现场数据，确定实际井下炮孔气体及防砂管过滤单元件的最大流体速度V，结合现场气井的允许含砂浓度Cp，基于所述气井防砂管冲蚀速率预测模型进行被测的所述井下防砂管的寿命预测。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤1中所述冲蚀速率预测模型为Er∝k·cp·vm·t；
其中，Er表示冲蚀速率；t表示时间；所述相关系数包括冲蚀速率相关系数k和速度指数m。
进一步，所述步骤2中确定的所述相关系数中的所述冲蚀速率相关系数k的范围为：0.986≤k≤1.006,所述速度指数的范围为2.25≤m≤2.35。
进一步，所述冲蚀速率预测模型的冲蚀速率相关系数k＝0.996，速度指数m＝2.3，代入可得所述冲蚀速率预测模型为：Er＝0.996*cp*v2.3*t。
进一步，所述步骤2中进行气固两相冲蚀物理模拟实验过程中，分别建立适用于低速气体冲蚀实验的过流式实验装置和适用于高速气体冲蚀实验的射流式冲蚀实验装置；
所述过流式实验装置根据所述防砂管柱内部筛网试样的质量损失对所述筛管的冲蚀速率变化进行测评；
所述射流式冲蚀实验装置采用筛网加保护外壳结构试样，根据所述筛网的试样两端的压差变化情况判断所述筛网是否破损，根据所述压差变化情况监测所述筛网的堵塞。
进一步，所述步骤2中进行气井冲蚀数值模拟方案的过程包括：
根据防砂筛管实物的实际解剖结构建立保护外壳和筛网三维物理模型；
对建立的筛管三维流场模型进行网格划分和初始边界条件定义；
模拟研究固液两相流内固相颗粒运动轨迹和筛网破坏的流动条件，得出寿命预测结果。
进一步，所述步骤2之还包括：
基于所述冲蚀速率预测模型，预测不同流体速度V和含砂浓度Cp的条件下防砂管冲蚀质量损失率随时间的变化规律，以防砂管质量损失2％作为防砂管防砂失效的标准，建立所述气井防砂管的冲蚀寿命预测图版；
所述步骤3中基于所述冲蚀寿命预测图版进行被测的所述井下防砂管的寿命预测。
采用上述进一步方案的有益效果是：本发明以气固两相冲蚀物理模拟实验及气井冲蚀数值模拟手段相结合，建立一种全新的气井防砂管冲蚀速率计算模型，并以此为基础，形成气井防砂管冲蚀寿命预测的方法，为保障气井开采过程中管柱完整性及作业安全提供重要的理论与方法支撑。
附图说明
图1为本发明提供的一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法的流程图；
图2为本发明提供的一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法的实施例的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种过流式冲蚀实验装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种射流式冲蚀实验装置的结构示意图；
图5(a)为本发明实施例提供一种过流式冲蚀实验装置在流体速度和颗粒浓度在第一实施例时绘制实验值与模型值对比曲线图；
图5(b)为本发明实施例提供一种过流式冲蚀实验装置在流体速度和颗粒浓度在第二实施例时绘制实验值与模型值对比曲线图；
图5(c)为本发明实施例提供一种过流式冲蚀实验装置在流体速度和颗粒浓度在第三实施例时绘制实验值与模型值对比曲线图；
图5(d)为本发明实施例提供一种过流式冲蚀实验装置在流体速度和颗粒浓度在第四实施例时绘制实验值与模型值对比曲线图；
图5(e)为本发明实施例提供一种过流式冲蚀实验装置在流体速度和颗粒浓度在第五实施例时绘制实验值与模型值对比曲线图；
图5(f)为本发明实施例提供一种过流式冲蚀实验装置在流体速度和颗粒浓度在第六实施例时绘制实验值与模型值对比曲线图；
图5(g)为本发明实施例提供一种过流式冲蚀实验装置在流体速度和颗粒浓度在第七实施例时绘制实验值与模型值对比曲线图；
图5(h)为本发明实施例提供一种过流式冲蚀实验装置在流体速度和颗粒浓度在第八实施例时绘制实验值与模型值对比曲线图；
图6(a)为本发明提供的数值模拟建模求解的实施例中三维建模的示意图；
图6(b)为本发明提供的数值模拟建模求解的实施例中网格划分的示意图；
图6(c)为本发明提供的数值模拟建模求解的实施例中模拟求解的示意图；
图7为本发明实施例提供的筛管实物解剖示意图；
图8为本发明实施例提供的三维流道分布示意图；
图9为本发明实施例提供的适合高速气井的防砂管柱冲蚀寿命预测方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示为本发明提供的一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤1，建立气井防砂管冲蚀速率预测模型，冲蚀速率预测模型中计算气井防砂管的冲蚀速率的参数包括：流体速度V、含砂浓度Cp以及相关系数。
优选的，该冲蚀速率预测模型为Er∝k·cp·vm·t。
其中，Er表示冲蚀速率；t表示时间；相关系数包括冲蚀速率相关系数k和速度指数m。
步骤2，以气固两相冲蚀物理模拟实验及气井冲蚀数值模拟方案相结合，确定冲蚀速率预测模型中的相关系数的值。
优选的，确定的相关系数中的冲蚀速率相关系数k的范围为：0.986≤k≤1.006，速度指数的范围为2.25≤m≤2.35。
具体的，该相关系数的值可以具体为k＝0.996，速度指数m＝2.3，代入可得冲蚀速率预测模型为：Er＝0.996*cp*v2.3*t。
优选的，进行气固两相冲蚀物理模拟实验过程中，分别建立适用于低速气体冲蚀实验的过流式实验装置和适用于高速气体冲蚀实验的射流式冲蚀实验装置。
过流式实验装置根据防砂管柱内部筛网试样的质量损失对筛管的冲蚀速率变化进行测评。
射流式冲蚀实验装置采用筛网加保护外壳结构试样，根据筛网的试样两端的压差变化情况判断筛网是否破损，根据压差变化情况监测筛网的堵塞。
优选的，进行气井冲蚀数值模拟方案的过程包括：
根据防砂筛管实物的实际解剖结构建立保护外壳和筛网三维物理模型。
对建立的筛管三维流场模型进行网格划分和初始边界条件定义。
模拟研究固液两相流内固相颗粒运动轨迹和筛网破坏的流动条件，得出寿命预测结果。
优选的，建立气井防砂管冲蚀速率预测模型并确定相关系数后，基于冲蚀速率预测模型，预测不同流体速度V和含砂浓度Cp的条件下防砂管冲蚀质量损失率随时间的变化规律，参照行业规定以防砂管质量损失2％作为防砂管防砂失效的标准，建立气井防砂管的冲蚀寿命预测图版。
步骤3，根据被测气井防砂管的现场数据，确定实际井下炮孔气体及防砂管过滤单元件的最大流体速度V，结合现场气井的允许含砂浓度Cp，基于气井防砂管冲蚀速率预测模型进行被测的井下防砂管的寿命预测。
具体的，基于现场防砂井段温度、压力、射孔参数及测试产量等资料，计算实际井下炮孔气体最大流速及过防砂管过滤单元件最大冲蚀流速，结合现场气井允许出砂浓度等条件，基于气井防砂管的冲蚀寿命预测图版，进行井下防砂管寿命预测。
本发明以气固两相冲蚀物理模拟实验及气井冲蚀数值模拟手段相结合，建立一种全新的气井防砂管冲蚀速率计算模型，并以此为基础，形成气井防砂管冲蚀寿命预测的方法，为保障气井开采过程中管柱完整性及作业安全提供重要的理论与方法支撑。
实施例1
本发明提供的实施例1为本发明提供的一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法的实施例，如图2所示为本发明提供的一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法的实施例的流程图，由图1可知，该方法的实施例包括：模型调研及分析，气井防砂管柱过滤单元件冲蚀实验，以及气井防砂管柱冲蚀数据模拟。
1)模型调研分析
通过调研近十几年来与金属材料冲蚀速率相关的数学模型，以此为基础开展冲蚀实验研究，优选模拟，拟合参数，建立适合气井防砂管住的冲蚀速率预测模型。
(1)API-14E模型
美国石油协会规范(API-14E)提出了最简单的冲蚀磨损计算式：
式中：E表示冲蚀速率，用冲蚀深度表示时单位为mm/a，用冲蚀质量表示时单位为g/Kg；M表示砂粒产出速率，单位为g/s；V表示流体速度，m/s；D表示圆管内径，mm。
尽管该API-14E模型被广泛使用，但它主要用于油井冲蚀，未考虑砂粒浓度对冲蚀的影响，不适合高速气井冲蚀速率预测。
(2)Salama模型
式中：W表示颗粒产出速率，单位为kg/d，V表示流体速度，单位为m/s，d表示颗粒的直径，单位为μm；D表示圆管内径，单位为mm；ρm表示混合液体密度，单位为kg/m3；Sp表示几何常数。
该Salama模型考虑了颗粒的大小和流体密度的影响，主要用于管道冲蚀，特别是管路中弯道或接头冲蚀，不适用于高速含砂气流对防砂管柱及内部过滤单位元的冲蚀。
(3)Tulsa模型
Tulsa大学的研究人员基于Ahlert的研究成果之上提出了Tulsa模型，该模型主要应用于预测弯头、三通以及管径突然收缩或者扩张的管段的冲蚀腐蚀速率，考虑了材料的硬度，计算参数多为经验值，是当前石化行业应用较为广泛的一种冲蚀磨损腐蚀速率预测模型，但不适用于高速含砂气流对防砂管柱及内部过滤单位元的冲蚀。
E＝0.217(HB)-0.59FSV2.41f(α) (3)
式中：HB表示材料壁面硬度；FS表示固体颗粒形状；V表示流体速度，单位为m/s；f(α)表示冲击角，单位为°。
(4)Finnie模型
Finnie模型充分考虑了关于金属材料冲蚀腐蚀的三大主要因素，即冲击颗粒质量、冲击速度与冲击角，是冲蚀腐蚀理论研究的基础模型，诸多关于冲蚀速率的预测模型均已此模型为基础，可在此模型基础上研究气井冲蚀规律。
E＝KMpV2f(α) (4)
式中：K表示冲蚀系数，Mp表示冲击颗粒质量，单位为g；V表示流体速度，单位为m/s；f(α)表示冲击角，单位为°。
2)气井防砂管柱过滤单元件冲蚀实验
气井防砂管柱受到砂砾的冲蚀磨损，是一个比较复杂的行为。它受到冲蚀条件(如冲蚀角度、冲蚀速度、冲蚀时间)、砂粒性能(硬度、粒度和形状、材料本身特性硬度、冲击韧性、微观结构)等多方面因素的影响，冲蚀的具体过程相当复杂。同时这些因素在作用过程中相互影响，产生综合效果。
在广泛调研的基础上，设计了过流式与射流式两种实验装置及流程。
如图3所示为本发明实施例提供的一种过流式冲蚀实验装置的结构示意图，该过流式冲蚀实验装置直接针对防砂管柱内部筛网试样的质量损失对其冲蚀速率变化进行测评，适用于低速气体冲蚀实验。
如图4所示为本发明实施例提供的一种射流式冲蚀实验装置的结构示意图，射流式冲蚀实验装置根据实验过程中筛网试样两端的压差变化情况判断筛网是否破损，且能够根据压差的变化情况监测筛网的堵塞，该实验样件采用筛网+保护外壳结构试样可以最大程度还原筛管的真实结构，使实验条件更加接近实际生产工况，适用于高速气体冲蚀实验。
采用图3或图4所示的冲蚀实验装置进行冲蚀实验的过程中，每隔12小时称重一次筛网质量，确定筛网质量损失；可以知道同一条件下冲蚀后筛网出现堵塞现象，但堵塞位置呈现不一致，主要的堵塞部位分布于筛网的边缘及中心，部分试样出现了严重的堵塞砂砾结块现象。
冲蚀后筛网电镜照片显示筛网局部堵塞区域网孔被砂砾填满，过流能力大幅降低；金属网表面已经出现了冲蚀结晶体，金属丝边缘区域切削效果明显；金属丝丝径降低，呈现扁平状冲蚀坑。
通过上述实验，得到冲蚀速率理论计算模型的计算公式，该冲蚀速率理论计算公式为与时间、浓度和速度相关的函数：
Er∝k·cp·vm·t (5)
式中：Er表示冲蚀速率，单位可以为g/kg；k表示冲蚀速率相关系数；t表示时间，单位可以为s；Cp表示为颗粒浓度，单位为％；V表示流体速度，单位可以为m/s；m表示速度指数。
将上述实验的数据代入拟合可得到冲蚀速率理论计算模型中设计参数的经验值，其中k＝0.996，m＝2.3，代入可得最终冲蚀速率理论计算模型如下：
Er＝0.996*cp*v2.3*t (6)
将实验实际数值与模型计算数值进行对比，如图5(a)-(h)所示分别为本发明实施例提供一种过流式冲蚀实验装置在不同流体速度和颗粒浓度时绘制实验值与模型值对比曲线图，其中，第一实施例中，流体速度V为0.5m/s，颗粒浓度Cp为0.5％；第一实施例中，流体速度V为0.5m/s，颗粒浓度Cp为0.5％；第一实施例中，流体速度V为0.5m/s，颗粒浓度Cp为0.5％；第一实施例中，流体速度V为0.5m/s，颗粒浓度Cp为0.5％；第一实施例中，流体速度V为0.5m/s，颗粒浓度Cp为0.5％；第一实施例中，流体速度V为0.5m/s，颗粒浓度Cp为0.5％；第一实施例中,流体速度V为0.5m/s，颗粒浓度Cp为0.5％；第一实施例中,流体速度V为0.5m/s，颗粒浓度Cp为0.5％。
根据图5(a)-(h)提供的对比曲线可知模型预测值与实际实验值金属网布冲蚀速率变化趋势基本一致，除去模型预测的固定性，实验值与模型预测值基本相吻合，证明了所得冲蚀速率预测模型的准确性。
根据冲蚀后测得筛网的质量损失数据绘制不同浓度不同速度冲蚀速率曲线，可以看出在含砂浓度不变的情况下，金属筛网的冲蚀速率随冲击速度的增大呈指数趋势增长；在浓度变化的情况下金属筛网的冲蚀速率随流体内含砂浓度的增加而增大；与冲蚀实验规律基本吻合。
3)气井防砂管柱过滤冲蚀数值模拟
通常冲蚀实验耗费时间非常的长，我们很难模拟实际的生产时间来完成冲蚀实验，所以在工作中需要借助数值模拟的方法研究冲蚀模拟对整体筛管工况进行还原。
数值模拟建模求解流程为：建立筛管内流场的三维模型，对建立的筛管三维流场模型进行网格划分和初始边界条件定义，模拟研究固液两相流内固相颗粒运动轨迹和筛网破坏的流动条件，得出寿命预测。如图6(a)-(c)所示分别为本发明提供的数值模拟建模求解的实施例中三维建模、网格划分和模拟求解的示意图。
具体实施中，可以应用SolidWorks建立该三维模型。应用Gambit进行网格划分和初始边界条件定义，应用Fluent进行模拟求解。
(1)几何建模和网格划分
三维建模和网格划分的过程中，由于筛网交叉编织和保护外壳与筛网圆弧相切的连接结构导致网格划分困难，所以首先对筛管进行了几何模型简化并减小尺寸进行模拟试算，根据筛管实物的实际解剖结构建立三维物理模型。如图7所示为本发明实施例提供的筛管实物解剖示意图，将筛管分割为保护外壳和筛网分别进行三维物理建模。通过对筛管中的金属网布进行切片处理，金属网布防砂筛管的金属网布的编织方式为麻花状，每相邻的两根金属丝外侧间距为4.12mm，整个金属网布的厚度可以看作3倍的金属丝直径为1.62mm，根据勾股定理可以确定每个“麻花状”单元的尺寸。
(2)计算方法与边界条件的设置
由于实际割缝管表面冲蚀流场模型几何形状的复杂性，在计算过程中采用非均匀结构网格技术划分网格。整个流场模型采用六面体单元，提高计算精度及计算效率，对于大压力梯度的网格区域，即筛管割缝内外周围的流道进行了局部网格细化，如图8所示为本发明实施例提供的三维流道分布示意图。
设立数值模拟计算边界条件如下：
①保护套流道采用根据实际筛网结构采用错位布置(尺寸20*5*4cm)；速度入口为法向入口；出口为压力outflow。
②筛网简化为交错布置网孔，网孔直径设置为120μm。
③冲蚀模型：自建冲蚀速率预测模型。
(3)总压分布
根据保护外壳与筛网的总压分布结果，显示整体上筛管保护外壳所承受的冲蚀压力大于金属筛网，压力高峰集中区域分布于筛管的保护外壳连接结构及入口流道处，金属筛网的压力分布高峰区域集中于筛管保护外壳流道下方所对应的金属筛网。
(4)速度分布
含砂浓度不变冲击速度不同时的保护外壳流道处于流道所对应筛网处的速度分布的实施例为：当入口速度0.5m/s，筛网速度1.16m/s，增大2.32倍；入口速度2m/s，筛网速度5.16m/s，增大2.58倍；入口速度5m/s，筛网速度15m/s，增大3倍；筛网上平均速度扩大2.3-3倍。可以得出，保护外壳高速流体分布多于垂直入射流体区域；筛网高速流体多分布于保护外壳流体入口附近的网孔通道内部，流道狭窄堵塞效应是直接导致入口流道处对应筛网速度陡增的原因。
(5)冲蚀分布
外保护壳最大冲蚀率发生在保护套流入通道入口处；金属筛网最大冲蚀率发生在保护套交错位置对应的网布上，与前文压力和速度分布基本吻合。由于保护套交错位置处对应的筛网需承受多个流道流入流体的告诉冲蚀，从而形成了冲蚀热点区域。根据模拟结果可以得出金属丝表面受冲蚀形成的冲蚀坑及其他冲蚀方式形成的破坏情况基本与前文金属丝食物冲蚀后电镜照片吻合。
实施例2
本发明提供的实施例2为本发明提供的一种含砂气体高速冲蚀破坏验证实验的实施例，含砂气体高速冲蚀破坏验证实验以低速过流式冲蚀实验为基础，建立了气井冲蚀速率预测模型，下一步以高速射流式冲蚀实验结合数值模拟结果来验证该气井冲蚀速率预测模型对于高速气体冲蚀的有效程度。
实验数据：
流体速度V＝40m/s，颗粒浓度Cp＝8％，实验寿命43分钟；
流体速度V＝40m/s，颗粒浓度Cp＝2％，实验寿命5小时；
流体速度V＝60m/s，颗粒浓度Cp＝0.02％，实验寿命5.5天；
流体速度V＝50m/s，颗粒浓度Cp＝0.03％，实验寿命5天；
流体速度V＝5m/s，颗粒浓度Cp＝8％，实验寿命3天。
数值模拟结果：
流体速度V＝40m/s，颗粒浓度Cp＝2％，5小时破坏，实验寿命5小时；
流体速度V＝5m/s，颗粒浓度Cp＝8％，70小时破坏，实验寿命3天；
流体速度V＝40m/s，颗粒浓度Cp＝8％，3分钟后破坏，实验寿命43分钟。
经对比得出数值模拟方法在高冲击速度、低含砂浓度及高浓度、低速度的情况下预测结果较为准确。数值模拟与公式计算结果比较，含砂浓度越高，计算结果越接近。
表1数值模拟与气井冲蚀速率预测模型计算结果比较表
以前述研究为基础，建立了一套适合高速气井的防砂管柱冲蚀寿命预测方法，如图9为本发明实施例提供的适合高速气井的防砂管柱冲蚀寿命预测方法的流程图。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种气井防砂管冲蚀寿命预测的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，建立气井防砂管冲蚀速率预测模型，所述冲蚀速率预测模型中计算所述气井防砂管的冲蚀速率的参数包括：流体速度V、含砂浓度Cp以及相关系数；
步骤2，以气固两相冲蚀物理模拟实验及气井冲蚀数值模拟方案相结合，确定所述冲蚀速率预测模型中的相关系数的值；
步骤3，根据被测所述气井防砂管的现场数据，确定最大流体速度V，结合现场气井的允许含砂浓度Cp，基于所述气井防砂管冲蚀速率预测模型进行所述井下防砂管的寿命预测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中所述冲蚀速率预测模型为Er∝k·cp·vm·t；
其中，Er表示冲蚀速率；t表示时间；所述相关系数包括冲蚀速率相关系数k和速度指数m。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中确定的所述相关系数中的所述冲蚀速率相关系数k的范围为：0.986≤k≤1.006,所述速度指数的范围为2.25≤m≤2.35。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冲蚀速率预测模型的冲蚀速率相关系数k＝0.996，速度指数m＝2.3，代入可得所述冲蚀速率预测模型为：Er＝0.996*cp*v2.3*t。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中进行气固两相冲蚀物理模拟实验过程中，分别建立适用于低速气体冲蚀实验的过流式实验装置和适用于高速气体冲蚀实验的射流式冲蚀实验装置；
所述过流式实验装置根据所述防砂管柱内部筛网试样的质量损失对所述筛管的冲蚀速率变化进行测评；
所述射流式冲蚀实验装置采用筛网加保护外壳结构试样，根据所述筛网的试样两端的压差变化情况判断所述筛网是否破损，根据所述压差变化情况监测所述筛网的堵塞。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中进行气井冲蚀数值模拟方案的过程包括：
根据防砂筛管实物的实际解剖结构建立保护外壳和筛网三维物理模型；
对建立的筛管三维流场模型进行网格划分和初始边界条件定义；
模拟研究固液两相流内固相颗粒运动轨迹和筛网破坏的流动条件，得出寿命预测结果。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2之还包括：
基于所述冲蚀速率预测模型，预测不同流体速度V和含砂浓度Cp的条件下防砂管冲蚀质量损失率随时间的变化规律，以防砂管质量损失2％作为防砂管防砂失效的标准，建立所述气井防砂管的冲蚀寿命预测图版；
所述步骤3中基于所述冲蚀寿命预测图版进行被测的所述井下防砂管的寿命预测。
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
| CN114878390A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-08-09 | 山东石油化工学院 | 一种管阀件冲蚀磨损测试系统及测试方法 |
| CN115290432A (zh) * | 2022-08-07 | 2022-11-04 | 西南石油大学 | 一种射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010020452A (ja) * | 2008-07-09 | 2010-01-28 | Toshiba Corp | エロージョン予測・評価方法および装置 |
| CN104634618A (zh) * | 2015-02-02 | 2015-05-20 | 中国石油大学(北京) | 一种气井出防砂模拟实验中含砂气体收砂装置 |
| CN105628531A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-06-01 | 浙江理工大学 | 连续式高温高速气固两相流冲蚀磨损试验装置 |
| 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 |
| CN206737911U (zh) * | 2016-11-21 | 2017-12-12 | 中国石油大学(北京) | 一种模拟地层温度气井出水后防砂筛网冲蚀程度实验装置 |
| CN109543290A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-29 | 中国石油大学(华东) | 一种深水气井防砂筛管冲蚀数值模拟方法 |
-
2020
- 2020-08-26 CN CN202010868075.7A patent/CN112182793B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010020452A (ja) * | 2008-07-09 | 2010-01-28 | Toshiba Corp | エロージョン予測・評価方法および装置 |
| CN104634618A (zh) * | 2015-02-02 | 2015-05-20 | 中国石油大学(北京) | 一种气井出防砂模拟实验中含砂气体收砂装置 |
| CN105628531A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-06-01 | 浙江理工大学 | 连续式高温高速气固两相流冲蚀磨损试验装置 |
| 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 |
| CN206737911U (zh) * | 2016-11-21 | 2017-12-12 | 中国石油大学(北京) | 一种模拟地层温度气井出水后防砂筛网冲蚀程度实验装置 |
| CN109543290A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-29 | 中国石油大学(华东) | 一种深水气井防砂筛管冲蚀数值模拟方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张恩搏;曾德智;李双贵;陈东波;李丹丹;朱红钧;: "高压高产气井应急试采过程中采气树抗冲蚀性能分析", 表面技术, no. 03, 20 March 2018 (2018-03-20), pages 183 - 190 * |
| 张锐;郝思臻;刘泽华;于亚楠;王俊豪;: "基于CFD的深水气井防砂筛管冲蚀仿真模拟", 实验室研究与探索, no. 11, 15 November 2019 (2019-11-15), pages 73 - 77 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
| CN114878390A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-08-09 | 山东石油化工学院 | 一种管阀件冲蚀磨损测试系统及测试方法 |
| CN114878390B (zh) * | 2022-06-30 | 2022-09-23 | 山东石油化工学院 | 一种管阀件冲蚀磨损测试系统及测试方法 |
| CN115290432A (zh) * | 2022-08-07 | 2022-11-04 | 西南石油大学 | 一种射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法 |
| CN115290432B (zh) * | 2022-08-07 | 2024-06-11 | 西南石油大学 | 一种射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法 |
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