专利名称：一种气体钻井冲蚀实验方法
技术领域：
本发明涉及用于石油天然气钻井领域的一种气体钻井冲蚀实验方法。
技术背景
目前，按循环介质的不同，气体钻井可分为纯气体钻井(空气、氮气、天然气、二氧化碳、烟道气、柴油机尾气等)、雾化钻井、泡沫钻井和充气钻井。气体钻井本身使用的循环介质就不可避免地存在氧或二氧化碳腐蚀问题，而且环空岩屑返速比普通钻井高。此外， 在钻井过程中可能会钻遇地质条件苛刻地层(如地层研磨性强、水层多、富含酸性气体等)。 在上述因素共同作用下，必然会导致气体钻井过程中钻具管材失效，地面设备(如压缩机、 阀门)、管线冲蚀严重。如川东北地区气体钻井现场统计资料表明，气体钻井钻具的冲蚀失效情况远比常规钻井液钻井严重，气体钻井时钻具的寿命仅为常规钻井液钻井的1/3 1/5 ； 伊朗TABNAK气田空气钻井中由于高密度氧气、地层水的腐蚀以及高速气流携带钻屑的冲蚀，导致随钻震击器的失效；四川地区的柴油机尾气钻井中由于尾气含有氧、二氧化碳、水蒸汽、固体粉末，在腐蚀/冲蚀共同作用下，引起地面压缩机阀片失效、井下钻杆严重腐蚀。
目前的冲蚀实验装置及方法中，存在冲蚀速率较低，不能满足气体钻井环空返速要求及不能模拟气体钻井实际工况这一现实难题。发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种气体钻井冲蚀实验方法，能完成模拟各种气体钻井介质的冲蚀实验；通过温度、压力监测可达到模拟井下高温高压环境的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是本发明一种气体钻井冲蚀实验方法，包括如下步骤1.首先通过冲蚀介质供给系统提供冲蚀介质(包括纯气体、雾化液、泡沫或充气泥浆)；2.然后通过加热系统给冲蚀介质升温 (可升温到120°C)，达到模拟井下高温环境的目的；3.通过取样器实时监测冲蚀介质参数 (如泡沫质量、半衰期、温度、压力、密度等)。4.最后通过调节冲蚀系统中喷嘴尺寸和金属档板的倾斜幅度完成冲蚀实验。
所述冲蚀介质供给系统由基液罐、截止阀、计量泵、流量计依序安装，并与由空压机、放空阀、贮气罐、截止阀、流量计、截止阀依序连接成的供气装置组成；所述加热系统由电缆伴热管、热电偶温度计、截止阀、取样器依序连接组成；所述冲蚀系统由冲蚀室和安装在冲蚀室顶部的冲蚀喷嘴组成。
本发明的有益效果是1.通过本实验步骤可完成模拟各种气体钻井介质的冲蚀实验；2.通过温度、压力监测可达到模拟井下高温高压环境的目的；通过更换不同孔径的喷嘴可改变流体冲蚀速率；通过调节金属档板的倾斜幅度可改变冲蚀角。
附图1为本发明一种气体钻井冲蚀实验方法中使用的实验装置示意图。附图2为本发明一种气体钻井冲蚀实验方法的流程框图。附图3为本发明金属挂片在金属挡板上的布置示意图。附图4为本发明冲蚀室示意图。附图5为本发明一种气体钻井冲蚀实验方法的喷嘴示意图。图中1.基液罐，2.截止阀，3.计量泵，4.流量计，5.空压机，6.放空阀，7.贮气罐，8.截止阀，9.流量计9，10.截止阀，11.泡沫发生器，12.压力表，13.截止阀，14.加砂装置，15.电缆伴热管，16.热电偶温度计，17.截止阀，18.取样器，19.流量计，20.压力表， 21.截止阀，22.冲蚀喷嘴，23.金属挂片，24.金属挡板，25.除砂挡板，26.排屑口，27.冲蚀室，28.离心泵，29.截止阀，30.螺栓。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明一种气体钻井冲蚀实验方法，包括如下步骤①.首先通过冲蚀介质供给系统提供冲蚀介质(包括纯气体、雾化液、泡沫或充气泥浆)；所述冲蚀介质供给系统由基液罐1、截止阀2、计量泵3、流量计4依序安装，并与由空压机5、放空阀6、贮气罐7、截止阀8、流量计9、截止阀10依序连接成的供气装置组成。通过冲蚀介质供给系统产生的气液混合流进入泡沫发生器11。泡沫发生器11出口端安装有压力表12、截止阀13和加砂装置14。通过调节空压机5的供气量以及进入泡沫发生器11 的气液比，可达到模拟气体钻井压力环境的目的。通过控制加砂装置14的加砂量，可达到模拟气体钻井产生的钻屑量；
②.然后通过加热系统给冲蚀介质升温(可升温到120°C)，达到模拟井下高温环境的目的；从加砂装置14流出的冲蚀介质进入加热系统。所述加热系统由电缆伴热管15、热电偶温度计16、截止阀17组成。通过调节电缆伴热管15温度来模拟井下高温环境；
③.通过取样器实时监测冲蚀介质参数(如泡沫质量、半衰期、温度、压力、密度等)；取样器18的出口端安装有流量计19、压力表20和截止阀21。取样器18可用来实时监测冲蚀介质参数(如泡沫质量、半衰期、温度、压力、密度等)；
④.最后通过调节冲蚀系统中喷嘴尺寸和金属档板的倾斜幅度完成冲蚀实验；从截止阀21流出的高温、高压冲蚀介质进入冲蚀系统。所述冲蚀系统由冲蚀室27和安装在冲蚀室顶部的冲蚀喷嘴22组成。冲蚀喷嘴22下端安装有与冲蚀喷嘴数量相同的金属挂片23， 金属挂片23的前后两端用螺栓30连接在金属挡板M表面，金属挡板M的左右两端焊接在冲蚀室27左右壁面，冲蚀室27下部安装有倾斜的除砂挡板25，依靠重力作用除砂，砂粒通过排屑口沈排出。冲蚀介质以一定流速通过冲蚀喷嘴22喷出，冲刷金属挡板M上面的金属挂片23，通过更换不同孔径的冲蚀喷嘴22可改变流体冲蚀速率，更换的冲蚀喷嘴22内径为0.2-5mm。通过调节金属挡板M的倾斜幅度可改变冲蚀角，倾斜幅度最大为45°。也可以通过更换冲蚀喷嘴22内径为0. 1-5. 5mm,以改变流体冲蚀速率。冲蚀实验完成后的流体从冲蚀室27底部，经离心泵观、截止阀29，回流到基液罐 1，根据实际需要实现冲蚀介质的循环利用。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1空气泡沫流体冲蚀实验方法
在基液罐1中预先配制一定质量浓度的稳定泡沫，泡沫基液配方为0.6%K12 (主要成分为十二烷基硫酸钠)+0. 2)(C (生物聚合物)+0. 2%HV-CMC (高粘羧甲基纤维素)+自来水。 泡沫基液由截止阀2、离心泵3、流量计4进入孔隙式泡沫发生器11，空气经由空压机5、贮气罐7、截止阀8、流量计9、截止阀10进入孔隙式泡沫发生器11。调节气体流量为0. 5m3/ min，液体流量为8. 6L/min，此时气液比为58. 1。从加砂装置14中以80g/min加量连续加入粒度为20-80目的石英砂，含砂泡沫经电缆伴热管15加热，热电偶温度计16测得泡沫温度为55°C，取样器18测得泡沫质量为97. 3%，泡沫半衰期为47. 3min,取样器18出口端压力表20的读数为1. 5MPa。从截止阀21流出的高温、高压含砂泡沫进入冲蚀室27。冲蚀室27上部安装有四个内径为5. Omm的冲蚀喷嘴22，通过冲蚀喷嘴22喷出的含砂泡沫以90°冲蚀角冲刷金属挡板M上面的金属挂片23，失重法测得金属挂片23平均冲蚀磨损率为0. 419g/m2. h。除砂挡板25上的砂粒依靠重力，通过排屑口沈排出。冲蚀实验完成后的泡沫流体从冲蚀室27底部，经离心泵观、截止阀29，回流到基液罐1循环利用。实施例2纯空气冲蚀实验方法
空气由空压机5、贮气罐7、截止阀8、流量计9、截止阀10、压力表12、截止阀13进入加砂装置14，调节空气流量为0. %i7min，从加砂装置14中以60g/min加量连续加入粒度为20-80目的石英砂，含砂空气经电缆伴热管15加热，热电偶温度计16测得空气温度为 50°C，压力表20的读数为1.8MPa。从截止阀21流出的高温、高压含砂空气进入冲蚀室27。冲蚀室27上部安装有四个内径为2mm的冲蚀喷嘴22，通过冲蚀喷嘴22喷出的含砂空气以45°冲蚀角冲刷金属挡板M上面的金属挂片23，失重法测得金属挂片23冲蚀磨损率为0. 318g/m2. h。除砂挡板 25上的砂粒依靠重力，通过排屑口沈排出。实施例3充空气盐水钻井液冲蚀实验方法
在基液罐1中预先配制一定体积的盐水钻井液，盐水钻井液基本配方4%膨润土 +5%NaCl+0. 2%HPAM (阴离子聚丙烯酰胺)+0. 3%MMH (正电胶)+0. 5%SJ_2 (单向堵漏剂) +0. 8%SMP (降滤失剂)+自来水。盐水钻井液由截止阀2、离心泵3、流量计4进入管道与空气混合，空气经由空压机5、贮气罐7、截止阀8、流量计9、截止阀10进入管道与空气混合。 调节气体流量为0. 15m7min，液体流量为6. 7L/min，此时气液比为22. 4。从加砂装置14中以50g/min加量连续加入粒度为20-80目的石英砂，含砂钻井液经电缆伴热管15加热，热电偶温度计16测得钻井液温度为50°C，出口端压力表20的读数为1. 4MPa。从截止阀21流出的高温、高压含砂钻井液进入冲蚀室27。冲蚀室27上部安装有四个内径为1. Omm的冲蚀喷嘴22，通过冲蚀喷嘴22喷出的含砂钻井液以90°冲蚀角冲刷金属挡板M上面的金属挂片23，失重法测得金属挂片23冲蚀磨损率为0. 185g/m2. h。除砂挡板25上的砂粒依靠重力，通过排屑口沈排出。冲蚀实验完成后的钻井液从冲蚀室27底部，经离心泵观、截止阀29，回流到基液罐1循环利用。
权利要求
1.一种气体钻井冲蚀实验方法，其特征在于包括如下步骤①.首先通过冲蚀介质供给系统提供冲蚀介质(包括纯气体、雾化液、泡沫或充气泥浆)；通过调节空压机(5)的供气量以及进入泡沫发生器(11)的气液比，可达到模拟气体钻井压力环境的目的；通过控制加砂装置(14)的加砂量，可达到模拟气体钻井产生的钻屑量；②.然后通过加热系统给冲蚀介质升温(可升温到120°C)，达到模拟井下高温环境的目的；从加砂装置(14)流出的冲蚀介质进入加热系统，通过调节电缆伴热管(15)温度来到模拟井下高温环境；③.通过取样器(18)实时监测冲蚀介质参数(如泡沫质量、半衰期、温度、压力、密度等)；④.最后通过调节冲蚀系统中喷嘴尺寸和金属档板的倾斜幅度完成冲蚀实验；从截止阀(21)流出的高温、高压冲蚀介质进入冲蚀系统；所述冲蚀系统由冲蚀室(27)和安装在冲蚀室顶部的冲蚀喷嘴(22)组成；冲蚀喷嘴(22)下端安装有与冲蚀喷嘴数量相同的金属挂片(23)，金属挂片(23)的前后两端用螺栓(30)连接在金属挡板(24)表面，金属挡板(24)的左右两端焊接在冲蚀室(27)左右壁面，冲蚀室(27)下部安装有倾斜的除砂挡板(25)，依靠重力作用除砂，砂粒通过排屑口(26)排出；冲蚀介质以一定流速通过冲蚀喷嘴(22)喷出， 冲刷金属挡板(24)上面的金属挂片(23)。
2.根据权利要求1所述的一种气体钻井冲蚀实验方法，其特征在于通过更换冲蚀喷嘴(22)内径为0. 1-5. 5mm,以改变流体冲蚀速率。
全文摘要
本发明涉及用于石油天然气钻井领域的一种气体钻井冲蚀实验方法，该实验方法包括如下步骤1.首先通过冲蚀介质供给系统提供冲蚀介质(包括纯气体、雾化液、泡沫或充气泥浆)；2.然后通过加热系统给冲蚀介质升温(可升温到120℃)，达到模拟井下高温环境的目的；3.通过取样器实时监测冲蚀介质参数(如泡沫质量、半衰期、温度、压力、密度等)。4.最后通过调节冲蚀系统中喷嘴尺寸和金属档板的倾斜幅度完成冲蚀实验。本发明可提供模拟各种气体钻井介质的冲蚀实验；通过温度、压力监测可达到模拟井下高温高压环境的目的；通过更换不同孔径的喷嘴可改变流体冲蚀速率；通过调节金属档板的倾斜幅度可改变冲蚀角。
文档编号E21B7/18GK102493767SQ20111039395
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者万里平, 孟英峰, 李永杰, 李皋, 魏纳 申请人:西南石油大学