深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种深水气井防砂筛管冲蚀

【技术实现步骤摘要】
深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法及装置


[0001]本专利技术涉及油气开采
，具体是关于一种深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法。

技术介绍

[0002]深水地层压实程度低、胶结疏松易出砂，而深水气井配产高、气流流速快，防砂筛管冲蚀严重。若产出气伴生CO2等酸性气体，CO2腐蚀降低管材强度、促进冲蚀磨损，冲蚀又使表面腐蚀产物脱离、加剧腐蚀，两者相互耦合叠加，加速筛管防砂失效，由此引发一系列危害，如井下管柱和地面设备的冲蚀腐蚀、井下作业次数增多等，严重时甚至导致气井停产。
[0003]目前国内外对冲蚀腐蚀问题的研究均是单独的冲蚀研究和单独的腐蚀研究，未有相关的耦合研究。国内外一般把腐蚀速率预测模型大致分为3类，即半经验型预测模型，经验型预测模型和机理型预测模型。在半经验模型的建立上，Waard提出了有代表性的De Waard预测模型，并在此后的几十年中引入了流速，pH值及油膜等因素不断改进修正；在经验模型方面，挪威能源科技研究依据大量低温室内实验数据与高温现场数据建立的Norsok腐蚀经验模型为代表，其可以用于预测材料的均匀腐蚀速率，但当材料出现局部不规则情况时(如出现点蚀及台地状腐蚀)，预测结果往往低于实际情况；在机理模型方面，Nesic等提出CO2腐蚀动力学模型，考虑了金属表面成膜的单相化学反应及离子交换。大部分腐蚀模型建立的是静态腐蚀模型，未考虑流速对腐蚀的影响。在冲蚀研究方面，国内外研究的冲蚀磨损理论中以微切削理论、变形磨损理论、压痕破裂模型理论等影响最大。在实际冲蚀磨损过程中,会受到多种冲蚀作用，不能用某一单独理论解释。其中微切削理论、变形磨损理论和锻造挤压理论主要考虑流体流速对材料的冲蚀磨损，未考虑多相流对材料的冲蚀磨损；压痕破裂模型理论在微切削理论提供的冲蚀模型基础上，建立的两相流固体颗粒冲蚀模型，主要考虑颗粒质量流量、流速和颗粒直径对冲蚀的影响。
[0004]因此，实时精确掌控筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合规律和程度、预判筛管使用寿命对保障海洋油气资源的安全高效开发具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，能够对防砂筛管冲蚀和腐蚀研究相互之间进行耦合研究。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]本专利技术所述的深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，包括如下步骤：
[0008]确定实验方法，所述实验方法包括腐蚀、冲蚀和冲蚀
‑
腐蚀耦合实验，得到冲蚀
‑
腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系；
[0009]依据上述实验中冲蚀
‑
腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系，通过单一冲蚀模型和腐蚀模型与因素关系相印证，进而得出单因素与冲蚀
‑
腐蚀
耦合速率的关系；
[0010]依据单因素与冲蚀
‑
腐蚀耦合速率的关系，建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀
‑
腐蚀耦合速率预测模型；
[0011]依据防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀
‑
腐蚀耦合速率预测模型，引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀损失评估方法。
[0012]所述的深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，优选地，所述确定实验方法包括如下步骤：
[0013]确定腐蚀、冲蚀和冲蚀
‑
腐蚀耦合实验的实验方案，所述实验方案为三因素四水平腐蚀实验、三因素四水平冲蚀实验和五因素四水平冲蚀
‑
腐蚀耦合实验，通过对筛网挂片试样进行实验得到试样的质量损失值；
[0014]根据Salama多相流模型中砂粒流速与实验流体介质流速的定量关系确定气体流速等效液体流速关系，将液体流速转换为气体流速；
[0015]计算筛网挂片表面积A，通过试样的质量损失值计算试样损失速率的质量表征并计算筛网损失速率V
cor
‑
ero
的深度表征，所述筛网损失速率V
cor
‑
ero
的深度表征即为冲蚀
‑
腐蚀耦合速率；
[0016]使用旋转差速冲蚀
‑
腐蚀模拟实验装置进行实验，得出冲蚀
‑
腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系。
[0017]所述的深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，优选地，气体流速等效液体流速关系为：
[0018][0019]式中，V
l
为腐蚀介质表观速度；V
g
为天然气的表观速度；ρ
l
为腐蚀介质密度；ρ
g
为天然气密度；μ
l
为腐蚀介质黏度；μ
g
为天然气黏度。
[0020]所述的深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，优选地，通过公式(2)计算筛网挂片表面积A：
[0021][0022]式中，A为筛网挂片表面积；n1为经丝根数；d为筛网挂片宽度；L1为经丝长度；n2为纬丝根数；D为丝径；L2为纬丝长度；l为经孔距；c为筛网挂片厚度。
[0023]所述的深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，优选地，所述筛网损失速率V
cor
‑
ero
的深度表征的计算方法为：
[0024]通过公式(3)计算试样损失速率的质量表征为：
[0025][0026]式中，V
‑
为试样损失速率；m0为试样的初始重量；m1为清除冲蚀
‑
腐蚀产物后的试样重量；A0为试样的表面积，与筛网挂片表面积A相同；t为实验时间；
[0027]通过公式(4)计算筛网损失速率V
cor
‑
ero
的深度表征为：
[0028][0029]式中，V
cor
‑
ero
为筛网损失速率；ρ为试样的密度。
[0030]所述的深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，优选地，单因素与冲蚀
‑
腐蚀耦合速率的关系为：
[0031]温度：V
cor
‑
ero
∝
e
b/T
[0032]CO2分压：
[0033]流速：V
cor
‑
ero
∝
v
x
[0034]粒径：V
cor...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，包括如下步骤：确定实验方法，所述实验方法包括腐蚀、冲蚀和冲蚀
‑
腐蚀耦合实验，得到冲蚀
‑
腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系；依据上述实验中冲蚀
‑
腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系，通过单一冲蚀模型和腐蚀模型与因素关系相印证，进而得出单因素与冲蚀
‑
腐蚀耦合速率的关系；依据单因素与冲蚀
‑
腐蚀耦合速率的关系，建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀
‑
腐蚀耦合速率预测模型；依据防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀
‑
腐蚀耦合速率预测模型，引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀损失评估方法。2.根据权利要求1所述的深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，所述确定实验方法包括如下步骤：确定腐蚀、冲蚀和冲蚀
‑
腐蚀耦合实验的实验方案，所述实验方案为三因素四水平腐蚀实验、三因素四水平冲蚀实验和五因素四水平冲蚀
‑
腐蚀耦合实验，通过对筛网挂片试样进行实验得到试样的质量损失值；根据Salama多相流模型中砂粒流速与实验流体介质流速的定量关系确定气体流速等效液体流速关系，将液体流速转换为气体流速；计算筛网挂片表面积A，通过试样的质量损失值计算试样损失速率的质量表征并计算筛网损失速率V
cor
‑
ero
的深度表征，所述筛网损失速率V
cor
‑
ero
的深度表征即为冲蚀
‑
腐蚀耦合速率；使用旋转差速冲蚀
‑
腐蚀模拟实验装置对筛网挂片试样进行实验，得出冲蚀
‑
腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系。3.根据权利要求2所述的深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，气体流速等效液体流速关系为：式中，V
l
为腐蚀介质表观速度；V
g
为天然气的表观速度；ρ
l
为腐蚀介质密度；ρ
g
为天然气密度；μ
l
为腐蚀介质黏度；μ
g
为天然气黏度。4.根据权利要求2所述的深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，通过公式(2)计算筛网挂片表面积A：式中，A为筛网挂片表面积；n1为经丝根数；d为筛网挂片宽度；L1为经丝长度；n2为纬丝根数；D为丝径；L2为纬丝长度；l为经孔距；c为筛网挂片厚度。5.根据权利要求4所述的深水气井防砂筛管冲蚀
‑
腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，所述筛网损失速率V
cor
‑
ero
的深度表征的计算方法为：通过公式(3)计算试样损失速率的质量表征为：
式中，V
‑
为试样损失速率；m0为试样的初始重量；m1为清除冲蚀
‑
腐蚀产物后的试样重量；A0为试样的表面积，与筛网挂片表面积A相同；t为实验时间；通过公式(4)计算筛网损失速率V
cor
‑
ero

【专利技术属性】
技术研发人员：李中，邱浩，文敏，幸雪松，侯泽宁，黄辉，马楠，张锐，王俊豪，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：