一种射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法技术

本发明专利技术公开了一种射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法，属于油气安全工程领域。其特征在于：首先确定射孔套管孔眼冲蚀速率影响因素和范围，制定冲蚀实验方案；根据冲蚀实验结果计算孔眼平均冲蚀速率并进行因素分析；进一步建立主控因素影响下的平均冲蚀速率预测模型，现场结合预测模型与压裂参数可获取孔眼冲蚀扩径率；最后，将扩径率代入建立的冲蚀程度评价集隶属度函数对孔眼冲蚀损伤程度进行评价。本发明专利技术针对大型加砂压裂工况下，通过冲蚀对孔眼冲蚀速率进行预测，对孔眼冲蚀损伤进行评价，为现场压裂方案及套管安全服役提供依据。提供依据。提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法


[0001]本专利技术属于油气安全工程领域，具体涉及一种射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法。

技术介绍

[0002]非常规油气藏开发过程中，大规模加砂压裂具有排量大、泵压高、加砂量大等特点，支撑剂与携砂液穿过孔眼进入地层，孔眼持续受冲刷作用，最终影响套管安全。根据现场资料显示，大规模加砂压裂导致孔眼冲蚀剧烈，甚至从套管和水泥之间窜流在套管上形成裂缝，由于井下条件复杂、恶劣，与冲蚀的耦合作用又加速套管损坏，安全问题频繁发生。
[0003]目前，Ansys
‑
Fluent、CFD等数值模拟方法在冲蚀问题上得到了广泛的应用，但是数值模拟方法在孔眼冲蚀速率预测上仍具有局限性，由于孔眼冲蚀机理尚不明确，孔眼冲蚀形貌复杂，需要设计物模实验和方案对孔眼冲蚀进行研究，一方面能对孔眼冲蚀量、孔眼冲蚀速率进行精确计算，另一方面通过相应表征方法揭示孔眼冲蚀机理。
[0004]因此，有必要针对加砂压裂工况下孔眼冲蚀开展实验，以获取更精确的孔眼冲蚀速率数据，为现场压裂方案设计及套管安全提供数据支撑。

技术实现思路

[0005]针对现有技术不足，本专利技术提供了射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法。
[0006]本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案，射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：确定射孔套管孔眼冲蚀速率影响因素及范围；
[0008]影响因素包括：
①
过砂量、
②
砂浓度、
③
流速、
④
支撑剂粒径，
⑤
携砂液粘度；其中过砂量实验范围为50kg
‑
2000kg，砂浓度实验范围为5％
‑
20％，流速实验范围为20m/s
‑
140m/s，支撑剂粒径实验范围为0.1mm
‑
0.8mm，携砂液粘度范围1mPa
·
s
‑
50mPa
·
s；
[0009]步骤2：射孔套管孔眼冲蚀实验设计，包括冲蚀实验方案设计与冲蚀实验流程设计；
[0010]冲蚀实验方案设计采用响应曲面法针对步骤1中五个因素进行多因素多水平设计，共计n组；
[0011]冲蚀实验每组流程设计包括6步，依次为：
[0012]①
根据步骤2所述冲蚀实验方案设计结果，确定每组实验参数值，即过砂量、砂浓度、流速、支撑剂粒径，携砂液粘度；
[0013]②
实验前孔眼冲蚀试样用去膜液和无水乙醇清洗，风干、称重三次记平均值为m
i
；
[0014]③
水池加入羧甲基纤维素增加粘度，取样进行粘度测试，直到达到该组携砂液粘度实验参数值，记粘度为τ
i5
；
[0015]④
确定支撑剂粒径，记为d
i4
，确定该组实验所用过砂量，记为ζ
i1
；打开加砂罐加砂
阀门将支撑剂加入加砂罐，当实验所用过砂量ζ
i1
超过加砂罐单次最大载量时，该组应分多次加砂过程进行；
[0016]⑤
旋转砂罐砂浓度控制阀，控制砂浓度达到该组砂浓度实验参数值，记为α
i2
；
[0017]⑥
启动柱塞泵，控制流速达到该组流速实验参数值，记为v
i3
；
[0018]⑦
当流速达到实验要求后，打开过砂阀门，加砂罐中支撑剂与携砂液混合，直到所有支撑剂全部排出后停止计时，实验时间记为t
i
；当一组实验多次累计时，将实验时间相加总和为该组实验时间；
[0019]⑧
实验后孔眼冲蚀试样用去膜液、无水乙醇清洗，风干、称重三次记平均值为m'
i
；
[0020]冲蚀实验流程涉及主要装置包括：水池，柱塞泵，加砂罐，射孔套管；其中套管由套管本体与孔眼冲蚀试样组成；
[0021]冲蚀实验装置示意图如图2，主要装置包括：水池，柱塞泵，加砂罐，套管；其中套管由套管本体与孔眼冲蚀试样组成；
[0022]步骤3：依据步骤2冲蚀实验设计开展冲蚀实验，记录每一组实验的过砂量ζ
i1
、砂浓度α
i2
、流速v
i3
、支撑剂粒径d
i4
、携砂液粘度τ
i5
、实验时间t
i
，实验前后孔眼冲蚀试样称重分别不少于三次，计算得到平均质量m
i
、m'
i
；
[0023]步骤4：计算孔眼平均冲蚀速率；利用步骤3冲蚀实验结果，基于失重法，将实验前后孔眼冲蚀试样质量损失量与实验时间的比值记为孔眼平均冲蚀速率如式(1)；
[0024][0025]式中：为第i组平均冲蚀速率，表示单位时间内的冲蚀质量，g/min；m
i
为第i组实验前孔眼冲蚀试样清洗后多次称重(不少于三次)平均质量，g；m'
i
为第i组实验结束孔眼冲蚀试样清洗后多次称重(不少于三次)平均质量，g；m
i
‑
m'
i
表示冲蚀试验后质量损失，g；
[0026]步骤5：孔眼冲蚀速率主控因素分析；根据步骤3和4，建立冲蚀速率矩阵如式(2)；
[0027][0028]式中：A为冲蚀速率矩阵；ζ
i1
为第i组过砂量，kg；α
i2
为第i组数砂浓度，kg/m3；v
i3
为第i组流速，m/s；d
i4
为第i组支撑剂粒径，目；τ
i5
为第i组携砂液粘度，mPa
·
s；为第i组孔眼平均冲蚀速率，g/min；
[0029]计算5个影响因素分别与冲蚀速率的相关系数；冲蚀速率主控因素分析时，不同影响因素与冲蚀速率的相关系数计算如公式(3)；
[0030][0031]式中：r
i6
为第i个因素与冲蚀速率的相关系数，无量纲；r
i6
绝对值越大则相关性越强，影响越大；l为实验总组数，即对应冲蚀速率矩阵A总行数；a
ki
为冲蚀速率矩阵A中的数据，其中i取1、2、3、4、5分别表示过砂量、砂浓度、流量、支撑剂粒径、携砂液粘度、孔眼平均
冲蚀速率，即依次对应冲蚀速率矩阵A中的列，k取1、2
…
l对应冲蚀速率矩阵A中的行；
[0032]将冲蚀速率相关系数的绝对值|r
i6
|进行从大到小排序，选取相关性最强的三个因素作为主控因素，并从大到小记为第一、第二和第三主控因素；
[0033]步骤6：建立主控因素影响下孔眼平均冲蚀速率预测模型；
[0034]根据步骤5中从过砂量、砂浓度、流速、支撑剂粒径，携砂液粘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤1：确定射孔套管孔眼冲蚀速率影响因素及范围；影响因素包括：
①
过砂量、
②
砂浓度、
③
流速、
④
支撑剂粒径，
⑤
携砂液粘度；其中过砂量实验范围为50kg
‑
2000kg，砂浓度实验范围为5％
‑
20％，流速实验范围为20m/s
‑
140m/s，支撑剂粒径实验范围为0.1mm
‑
0.8mm，携砂液粘度范围1mPa
·
s
‑
50mPa
·
s；步骤2：射孔套管孔眼冲蚀实验设计，包括冲蚀实验方案设计与冲蚀实验流程设计；冲蚀实验方案设计采用响应曲面法针对步骤1中五个因素进行多因素多水平设计，共计n组；冲蚀实验每组流程设计包括6步，依次为：
①
根据步骤2所述冲蚀实验方案设计结果，确定每组实验参数值，即过砂量、砂浓度、流速、支撑剂粒径，携砂液粘度；
②
实验前孔眼冲蚀试样用去膜液和无水乙醇清洗，风干、称重三次记平均值为m
i
；
③
水池加入羧甲基纤维素增加粘度，取样进行粘度测试，直到达到该组携砂液粘度实验参数值，记粘度为τ
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；
④
确定支撑剂粒径，记为d
i4
，确定该组实验所用过砂量，记为ζ
i1
；打开加砂罐加砂阀门将支撑剂加入加砂罐，当实验所用过砂量ζ
i1
超过加砂罐单次最大载量时，该组应分多次加砂过程进行；
⑤
旋转砂罐砂浓度控制阀，控制砂浓度达到该组砂浓度实验参数值，记为α
i2
；
⑥
启动柱塞泵，控制流速达到该组流速实验参数值，记为v
i3
；
⑦
当流速达到实验要求后，打开过砂阀门，加砂罐中支撑剂与携砂液混合，直到所有支撑剂全部排出后停止计时，实验时间记为t
i
；当一组实验多次累计时，将实验时间相加总和为该组实验时间；
⑧
实验后孔眼冲蚀试样用去膜液、无水乙醇清洗，风干、称重三次记平均值为m
i
'；冲蚀实验流程涉及主要装置包括：水池，柱塞泵，加砂罐，射孔套管；其中套管由套管本体与孔眼冲蚀试样组成；步骤3：依据步骤2冲蚀实验设计开展冲蚀实验，记录每一组实验的过砂量ζ
i1
、砂浓度α
i2
、流速v
i3
、支撑剂粒径d
i4
、携砂液粘度τ
i5
、实验时间t
i
，实验前后孔眼冲蚀试样称重分别不少于三次，计算得到平均质量m
i
、m
′
i
；步骤4：计算孔眼平均冲蚀速率；利用步骤3冲蚀实验结果，基于失重法，将实验前后孔眼冲蚀试样质量损失量与实验时间的比值记为孔眼平均冲蚀速率如式(1)；式中：为第i组平均冲蚀速率，表示单位时间内的冲蚀质量，g/min；m
i
为第i组实验前孔眼冲蚀试样清洗后多次称重平均质量，g；m
′
i
为第i组实验结束孔眼冲蚀试样清洗后多次称重平均质量，g；m
i
‑
m
′
i
表示冲蚀试验后质量损失，g；其中称重次数不少于三次；步骤5：孔眼冲蚀速率主控因素分析；根据步骤3和4，建立冲蚀速率矩阵如式(2)；
式中：A为冲蚀速率矩阵；ζ
i1
为第i组过砂量，kg；α
i2
为第i组数砂浓度，kg/m3；v
i3
为第i组流速，m/s；d
i4
为第i组支撑剂粒径，目；τ
i5
为第i组携砂液粘度，mPa
·
s；为第i组孔眼平均冲蚀速率，g/min；计算5个影响因素分别与冲蚀速率的相关系数；冲蚀速率主控因素分析时，不同影响因素与冲蚀速率的相关系数计算如公式(3)；式中：r
i6
为第i个因素与冲蚀速率的相关系数，无量纲；r
i6
绝对值越大则相关性越强，影响越大；l为实验总组数，即对应冲蚀速率矩阵A总行数；a
ki
为冲蚀速率矩阵A中的数据，其中i取1、2、3、4、5分别表示过砂量、砂浓度、流量、支撑剂粒径、携砂液粘度、孔眼平均冲蚀速率，即依次对应冲蚀速率矩阵A中的列，k取1、2
…
l对应冲蚀速率矩阵A中的行；将冲蚀速率相关系数的绝对值|r
i6
|进行从大到小排序，选取相关性最强的三个因素作为主控因素，并从大到小记为第一、第二和第三主控因素；步骤6：建立主控因素影响下孔眼平均冲蚀速率预测模型；根据步骤5中从过砂量、砂浓度、流速、支撑剂粒径，携砂液粘度五个影响因素中分析得到的第一、第二和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾德智，王熙，明坤基，喻智明，刘振东，鲁威，韩雪，田刚，李小刚，易良平，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：