【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油气开采作业领域，具体属于一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法。
技术介绍
1、井下管柱是油气开采作业中的重要介质输送通道，储气库或高产气田的井下管柱在生产过程中，由于酸化压裂作业容易造成压裂支撑剂回流或地层砂产出，从而引起井下生产套管或油管的冲蚀，导致管柱的承压、抗拉伸、抗挤毁能力下降，严重时甚至引起管柱的泄漏，已成为影响储气库或高产气田的井下管柱安全生产的主要原因之一。
2、由于储气库或气田井下管柱的服役环境复杂苛刻，工程中缺少对管柱冲蚀程度的监测手段，难以实施掌握管柱的冲蚀状态。而通过将生产套管或油管取出进行检测或更换的方法，不仅会导致气井的停产，还会大幅增加气田的运营成本。另一方面，不同材质的生产管柱其耐蚀性能存在明显差异，而油气田常用临界冲蚀流速多基于api rp 14e标准，并未考虑实际管材的力学性能及气井在出砂、生产工况方面的个体差异，无法合理指导工程实际的生产作业。因此，非常有必要开发一种能够考虑生产套管的弹性模量、硬度、屈服强度等影响耐冲蚀性能的关键力学参数，同时又能基于现场易获取的采气量、采气压力、出砂量等生产参数实现生产管柱的冲蚀评估方法，为高产气井或储气库的安全生产提供技术保障。
3、现有冲蚀的预测方法可以分为经验模型与机理模型两类，经验模型多为国外高校或研究机构基于实验结果建立，如dnv模型、e/crc模型等，受限于其试验材质及工况，难以推广至现场的不同材质及生产工况范围；机理模型如finnie模型、bitter模型、oka模型等针对井下管柱等弹塑性材料的
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，将生产参数与实际管柱的弹性模量、硬度、屈服强度等力学性能进行耦合，以定量评估生产管柱的冲蚀程度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，包括以下步骤，
4、步骤1，基于现场生产情况，建立母材的变形磨损量、切削磨损量与颗粒冲击载荷的关系；
5、步骤2，基于生产管柱结构建立生产管柱的气固冲蚀预测模型，并求得网格无关解；
6、步骤3，依据步骤1中变形磨损量、切削磨损量与颗粒冲击载荷的关系优化气固冲蚀预测模型至误差在5％范围内；
7、步骤4，基于优化后的气固冲蚀预测模型建立冲蚀速率与生产参数的直接关系，确定冲蚀程度对应的生产参数；
8、步骤5，建立包含产量、压力、出砂量的三维临界生产参数图版，依据步骤4中的生产参数对不同材质生产管柱进行冲蚀风险评估。
9、优选的，步骤1中，采用显式动力学分析方法，建立母材的变形磨损量、切削磨损量与颗粒冲击载荷的关系。
10、优选的，步骤1中，具体包括以下步骤，
11、步骤11，将生产管柱材质的弹性模量、硬度及屈服强度输入至单颗粒冲蚀模型中；
12、步骤12，单颗粒冲蚀模型基于不同的颗粒直径、速递、冲击角度、形状建立变形磨损量与切削磨损量与冲击载荷的关系；
13、变形磨损量、切削磨损量与冲击载荷的本构关系通过非线性拟合的方式得到；
14、变形磨损量指的是颗粒大冲击角度下冲击载荷引起的平行于冲击方向的变形量；
15、切削磨损量指的是颗粒小冲击角度下冲击在载荷引起的垂直于冲击方向的变形量及存在的高于母材基体表面的凸起唇边。
16、优选的，步骤2中，具体包括以下步骤，
17、步骤21，依据井眼轨迹建立几何模型；
18、步骤22，网格无关解的获取通过加密网格的方法，以最大冲蚀速率及最大冲蚀位置为指标确定最优网格数量；
19、步骤23，如果网格数量过大超过计算能力，可截取不同井深位置的经验轨迹建立几何模型，进行分段求解。
20、优选的，步骤3中，具体包括以下步骤，
21、步骤31，采用变形磨损量、切削磨损量与颗粒冲击载荷的本构关系优化气固冲蚀预测模型；
22、步骤32，基于现有冲蚀机理模型或提取单颗粒的流动参数优化气固冲蚀模型。
23、进一步的，步骤3中，基于现有冲蚀模型优化，选取bitter模型：
24、
25、
26、式中，vd为变形磨损导致的冲蚀速率，vc为切削磨损导致的冲蚀速率，其中z为变形磨损量、q为切削磨损量。
27、进一步的，步骤3中，基于单颗粒的流动参数进行优化，选取fluent软件中的颗粒累积冲蚀模型：
28、
29、式中，fv(qp)为以颗粒冲击载荷函数表示的变形磨损量，ft(qp)为以颗粒冲击载荷的函数表示的切削磨损量。
30、优选的，步骤4中，冲蚀风险程度的判别指标基于nace sp0775标准的均匀腐蚀或局部腐蚀指标。
31、优选的，步骤5中，低风险与中风险的临界冲蚀速率为0.025mm/a；中风险与高风险的临界冲蚀速率为0.125mm/a；高风险与严重风险的临界冲蚀速率为0.25mm/a。
32、优选的，步骤5中，临界生产参数图版包括生产产量、生产压力、出砂量三个坐标值及其对应的冲蚀风险程度。
33、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
34、本专利技术提供了一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，针对目前储气库或高产气田在冲蚀监测手段及风险评估方法缺失的问题，基于生产管柱的实际力学性能与冲蚀预测模型进行关联，并建立冲蚀风险程度与生产参数的直接关系，实现了基于生产参数对不同材质生产管柱的定量化评估。能够考虑具体管柱材质的力学性能，并实现基于现场易获取的生产参数进行管柱冲蚀风险的评估，定量预测管柱的冲蚀程度，不仅可合理的指导储气库或高产气田井下管柱的检测周期，更能有效提高生产管柱的生产安全性，降低生产成本。
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1.一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤1中，采用显式动力学分析方法，建立母材的变形磨损量、切削磨损量与颗粒冲击载荷的关系。
3.根据权利要求1所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤1中，具体包括以下步骤，
4.根据权利要求1所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤2中，具体包括以下步骤，
5.根据权利要求1所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤3中，具体包括以下步骤，
6.根据权利要求5所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤3中，基于现有冲蚀模型优化，选取Bitter模型：
7.根据权利要求5所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤3中，基于单颗粒的流动参数进行优化，选取Fluent软件中的颗粒累积冲蚀模型：
8.根
9.根据权利要求1所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤5中，低风险与中风险的临界冲蚀速率为0.025mm/a；中风险与高风险的临界冲蚀速率为0.125mm/a；高风险与严重风险的临界冲蚀速率为0.25mm/a。
10.根据权利要求1所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤5中，临界生产参数图版包括生产产量、生产压力、出砂量三个坐标值及其对应的冲蚀风险程度。
...【技术特征摘要】
1.一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤1中，采用显式动力学分析方法，建立母材的变形磨损量、切削磨损量与颗粒冲击载荷的关系。
3.根据权利要求1所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤1中，具体包括以下步骤，
4.根据权利要求1所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤2中，具体包括以下步骤，
5.根据权利要求1所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤3中，具体包括以下步骤，
6.根据权利要求5所述的一种基于气田生产参数的井下管柱冲蚀风险评估方法，其特征在于，步骤3中，基于现有冲蚀模型优化，选取bitter模型：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：于淑珍，刘广胜，朱方辉，何顺安，刘伟，许晓伟，刘鹏，乔玉龙，徐东，徐龙，李治，任晓宇，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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