一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法
【专利摘要】本发明涉及一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法，包括以下步骤：针对目标油井使用的防砂筛管，进行防砂筛管室内冲蚀实验，采集实验数据；绘制实验压力随实验时间变化曲线，从曲线上找出实验压力突然下降的实验时间，测量该实验时间点的筛管质量损失，确定防砂筛管发生冲蚀破坏的临界点；对实验数据拟合，确定适用于目标油井使用的防砂筛管的冲蚀寿命计算公式；以防砂筛管发生冲蚀破坏的临界点，对不同流体流速和液体含砂浓度条件下防砂筛管的冲蚀寿命进行计算，绘制防砂筛管冲蚀寿命预测图版；根据目标油井的油藏配产和完井防砂筛管长度，计算防砂筛管表面流速，由出砂模拟实验确定携砂液浓度，从防砂筛管冲蚀寿命预测图版中查得目标油井使用的防砂筛管的冲蚀寿命。
【专利说明】
_种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种油井设备寿命的预测方法，尤其涉及一种油井防砂筛管冲蚀寿命 预测方法。
【背景技术】
[0002] 油井出砂是困扰油田开发的一个重要难题，出砂不仅会造成油井的减产、停产，而 且会磨损井下完井管柱及地面生产流程，造成油井报废。目前油田主要采用机械防砂技术 解决砂岩的出砂问题，其中筛管是井下防砂最关键的器材之一，对完井的可靠性、油井产量 都有很大的影响。
[0003] 防砂筛管在井下处于极其恶劣的环境，一旦防砂筛管失效将导致油井的出砂停 产，造成巨大的损失。筛管损坏形式主要包括:筛管冲蚀失效、挤毁破坏、筛管堵塞等，其中 冲蚀失效是防砂筛管损坏最常见的一种形式。目前国内外对筛管冲蚀开展的研究较少，尚 未提出针对防砂筛管冲蚀寿命的预测方法。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法，考虑 流体流速、含砂浓度、冲蚀角、材料硬度等因素对筛管冲蚀的影响，可定量化快速计算筛管 冲蚀寿命，弥补了筛管冲蚀寿命计算方法的空白。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方 法，包括以下步骤：
[0006] 1)针对目标油井使用的防砂筛管，进行防砂筛管室内冲蚀实验，真实模拟防砂筛 管在油井下的状态和实际生产情况，并采集实验数据，包括:实验时间、实验流速、实验流体 浓度、筛管损失质量、实验压力；
[0007] 2)根据步骤1)得到的实验数据，绘制实验压力随实验时间的变化曲线，从曲线上 找出实验压力发生突然下降的实验时间，测量该实验时间点时的筛管质量损失，从而确定 防砂筛管发生冲蚀破坏的临界点；
[0008] 3)整理步骤1)得到的实验数据，使用非线性拟合函数nlinfit对实验数据拟合，确 定适用于目标油井使用的防砂筛管的冲蚀公式，进而确定适用于目标油井使用的防砂筛管 的冲蚀寿命计算公式；
[0009] 4)以步骤2)确定的防砂筛管发生冲蚀破坏的临界点，通过步骤3)确定的适用于目 标油井使用的防砂筛管的冲蚀寿命计算公式，对不同流体流速和液体含砂浓度条件下防砂 筛管的冲蚀寿命进行计算，绘制防砂筛管冲蚀寿命预测图版；
[0010] 5)根据目标油井的油藏配产和完井防砂筛管长度，计算防砂筛管表面流速，由出 砂模拟实验确定携砂液浓度;根据计算的防砂筛管表面流速和携砂液浓度，从步骤4)得到 的防砂筛管冲蚀寿命预测图版中查得目标油井使用的防砂筛管的冲蚀寿命。
[0011] 所述步骤1)中，采用申请号为"CN201510161646.2"、发明名称为"一种评价防砂管 冲蚀速率的方法及其专用装置"的实验装置，对目标油井使用的防砂筛管进行防砂筛管室 内冲蚀实验;具体实验流程包括以下步骤：
[0012] ①将实验装置通过高压管线连接；
[0013] ②使用丙酮冲洗防砂筛管试样，除去其表面污渍，烘干防砂筛管试样并称重，要求 精度达到O.OOOlg;
[0014]③将防砂筛管试样紧固安装在防砂单元实验架上，置入高压釜体中，并在高压釜 体内充填模拟地层砂；
[0015] ④盖上高压釜体的上盖，紧固密封；
[0016] ⑤打开数据采集系统检测各测压点数据；
[0017] ⑥开启供液循环装置，将压力逐渐升至实验压力，开始冲蚀实验，记录实验数据；
[0018] ⑦关闭供液循环装置，拆除高压釜体的上盖，观测防砂筛管试样，整理实验数据。
[0019] 所述步骤3)中适用于目标油井使用的防砂筛管的冲蚀公式为：
[0020] Q=KXF(HR,V,C) Xt
[0021]式中，Q表示筛管冲蚀损失质量;F是函数，使用nlinf it拟合实验数据得到;HR是地 层砂和防砂筛管材料硬度的比值;V表示防砂筛管表面流速;C表示携砂液浓度;t表示实验 时间;K为无因次系数。
[0022] 所述步骤3)中适用于目标油井使用的防砂筛管的冲蚀寿命计算公式为：
[0023] T = Q/(KXF(HR,V,C))
[0024] 式中，T表示防砂筛管的冲蚀寿命；Q表示筛管冲蚀损失质量；F是函数，使用 nlinfit拟合实验数据得到;HR是地层砂和防砂筛管材料硬度的比值;V表示防砂筛管表面 流速;C表示携砂液浓度;K为无因次系数。
[0025] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的油井防砂筛管冲蚀 寿命预测方法，考虑流体流速、含砂浓度、冲蚀角、材料硬度等因素对筛管冲蚀的影响，可定 量化快速计算筛管冲蚀寿命，弥补了筛管冲蚀寿命计算方法的空白。2、本发明的油井防砂 筛管冲蚀寿命预测方法，实用性强，精度高，可有效指导油井防砂设计，保障完井及后期生 产的安全性。
【附图说明】
[0026] 图1是一种评价防砂管冲蚀速率的专用装置的结构示意图；
[0027] 图2是不同流速下的筛管质量冲蚀损失速率曲线示意图；
[0028]图3是冲蚀实验压力随时间变化曲线示意图；
[0029] 图4是筛管冲蚀寿命预测图版示意图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0031] 本发明的一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法，包括以下步骤：
[0032] 1)针对目标油井使用的防砂筛管，进行防砂筛管室内冲蚀实验，真实模拟防砂筛 管在油井下的状态和实际生产情况，采集实验时间、实验流速、实验流体浓度、筛管损失质 量、实验压力等实验数据。
[0033] 2)称量防砂筛管片在实验前后的损失质量差，损失质量差除以实验时间即为筛管 冲蚀速率。根据步骤1)得到的实验数据，绘制实验压力随实验时间的变化曲线。当防砂筛管 发生冲蚀破坏时，由于过流面积增加，会导致实验压力骤降。因此可以在实验压力随实验时 间的变化曲线上找出实验压力发生突然下降的实验时间，通过测量该实验时间点时的筛管 质量损失，确定防砂筛管发生冲蚀破坏的临界点。
[0034] 3)整理步骤1)得到的实验数据，使用非线性拟合函数nlinfit对实验数据拟合，确 定防砂筛管的冲蚀公式中无因次参数的取值，进而确定适用于目标油井使用的防砂筛管的 冲蚀公式;根据防砂筛管的冲蚀公式可推出防砂筛管冲蚀寿命的计算公式。
[0035] 其中，防砂筛管的冲蚀公式可以表示为：
[0036] Q=KXF(HR,V,C) Xt (1)
[0037] 式中，Q表示筛管冲蚀损失质量;F是函数，使用nlinfit拟合实验数据得到;HR是地 层砂和防砂筛管材料硬度的比值，表征防砂筛管材质抵抗地层砂冲蚀的能力;V表示防砂筛 管表面流速;C表示携砂液浓度;t表示实验时间;K为无因次系数。
[0038] 则适用于目标油井使用的防砂筛管的冲蚀寿命计算公式为：
[0039] T = Q/(KXF(HR,V,C)) (2)
[0040]式中，T表示防砂筛管的冲蚀寿命。
[0041] 4)以步骤2)确定的防砂筛管发生冲蚀破坏的临界点，通过步骤3)确定的适用于目 标油井使用的防砂筛管的冲蚀寿命计算公式，对不同流体流速和液体含砂浓度条件下防砂 筛管的冲蚀寿命进行计算，绘制防砂筛管冲蚀寿命预测图版。
[0042] 5)根据目标油井的油藏配产QP及完井防砂筛管长度L，可计算防砂筛管表面流速 为V = QP/L，携砂液浓度C可以由出砂模拟实验确定;根据计算的防砂筛管表面流速及携砂 液浓度，可以从防砂筛管冲蚀寿命预测图版中查得防砂筛管的冲蚀寿命。如冲蚀寿命小于 油田设计生产年限，应下入防冲蚀筛管或采取其他措施保证油井生产;如冲蚀寿命大于油 田设计生产年限，表示在油田设计寿命内无冲蚀风险，采用常规完井技术即可。
[0043]上述实施例中，所述步骤1)中，采用申请号为"CN201510161646.2"、发明名称为 "一种评价防砂管冲蚀速率的方法及其专用装置"的实验装置，对防砂筛管进行室内冲蚀实 验，如图1所示，具体实验流程包括以下步骤：
[0044] ①将实验装置通过高压管线连接；
[0045] ②使用丙酮冲洗防砂筛管试样，除去其表面污渍，烘干防砂筛管试样并称重，要求 精度达到O.OOOlg;
[0046] ③将防砂筛管试样紧固安装在防砂单元实验架1上，置入高压釜体2中，并在高压 釜体2内充填适量模拟地层砂；
[0047]④盖上高压釜体2的上盖，紧固密封；
[0048]⑤打开数据采集系统3检测各测压点数据；
[0049]⑥开启供液循环装置4,将压力逐渐升至实验压力，开始冲蚀实验，记录实验数据；
[0050] ⑦关闭供液循环装置4,拆除高压釜体2的上盖，观测防砂筛管试样，整理实验数 据。
[0051] 下面以油田井下防砂中常用的优质筛管为例，进一步说明本发明的油井防砂筛管 冲蚀寿命预测方法。
[0052] 1)对优质筛管进行室内冲蚀实验，实验流体流速为0.1~5m/s，含砂浓度为0.2 % ~〇. 7 % ;实验压力设定为地层生产压差，含砂流体在筛管内外压差条件下，经筛管表面过 滤单元流出，可真实模拟防砂筛管在井下的实际流动状态。筛管称重精度要求达到 O.OOOlg。采集实验时间、实验流速、实验流体浓度、筛管损失质量、实验压力等实验数据，结 果如下表：
[0055] 2)通过称量防砂筛管片在实验前后的损失质量差，计算筛管冲蚀速率。通过拟合 实验流速与筛管冲蚀速率，绘制不同流速下筛管质量冲蚀损失速率曲线，如图2所示;可以 看出，实验流速和筛管冲蚀速率成幂率关系。
[0056]绘制冲蚀实验压力随时间的变化曲线，并在曲线上找出实验压力发生突然下降的 时间，如图3所示，在图中圈出；通过测量实验压力突变时的筛管质量损失，确定筛管发生冲 蚀破坏的临界点，发现2%是该优质筛管发生冲蚀破坏的临界点。
[0057] 3)整理步骤1)得到的实验数据，使用非线性拟合函数nlinfit对实验数据拟合，确 定防砂筛管冲蚀公式中各无因次参数的取值，确定目标油井使用的防砂筛管的冲蚀公式。 [0058] 其中，由于地层砂主要成分为SiC，筛管的材质为316L，则HR = 30GPa/2.9GPa = 10.3。流体从不同角度流动对筛管的冲蚀速度不同，筛管在井下承受来自不同角度流体的 冲击，取平均值0.56。
[0059]得到防砂筛管的冲蚀公式为：
[0060] Q = 60.05XV3'143XCXt (3)
[0061 ]式中，Q表示筛管冲蚀损失质量;V表示防砂筛管表面流速;C表示携砂液浓度;t表 示实验时间。
[0062] 4)如图4所示，以2%作为防砂筛管发生冲蚀破坏的临界点，对不同条件(流体流 速、液体含砂浓度)下防砂筛管的冲蚀寿命进行计算，绘制防砂筛管冲蚀寿命预测图版。
[0063] 其中，防砂筛管冲蚀寿命计算公式为：
[0064] T = Q/(60.05XV3'143XC) (4)
[0065] 图版中横轴为流过筛管的流体流速，纵轴为筛管冲蚀寿命，四条线分别代表不同 含砂浓度下筛管的冲蚀寿命。
[0066] 5)根据目标油井的油藏配产QP及完井防砂筛管长度L，可计算防砂筛管表面流速 为V = QP/L，携砂液浓度C可以由出砂模拟实验确定;根据计算的防砂筛管表面流速及携砂 液浓度，可以从防砂筛管冲蚀寿命预测图版中查得防砂筛管的冲蚀寿命。如冲蚀寿命小于 油田设计生产年限，应下入防冲蚀筛管或采取其他措施保证油井生产;如冲蚀寿命大于油 田设计生产年限，表示在油田设计寿命内无冲蚀风险，采用常规完井技术即可。
[0067] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置及其连接方式等 都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排 除在本发明的保护范围之外。
【主权项】
1. 一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法，包括以下步骤： 1) 针对目标油井使用的防砂筛管，进行防砂筛管室内冲蚀实验，真实模拟防砂筛管在 油井下的状态和实际生产情况，并采集实验数据，包括:实验时间、实验流速、实验流体浓 度、筛管损失质量、实验压力； 2) 根据步骤1)得到的实验数据，绘制实验压力随实验时间的变化曲线，从曲线上找出 实验压力发生突然下降的实验时间，测量该实验时间点时的筛管质量损失，从而确定防砂 筛管发生冲蚀破坏的临界点； 3) 整理步骤1)得到的实验数据，使用非线性拟合函数nlinfit对实验数据拟合，确定适 用于目标油井使用的防砂筛管的冲蚀公式，进而确定适用于目标油井使用的防砂筛管的冲 蚀寿命计算公式； 4) 以步骤2)确定的防砂筛管发生冲蚀破坏的临界点，通过步骤3)确定的适用于目标油 井使用的防砂筛管的冲蚀寿命计算公式，对不同流体流速和液体含砂浓度条件下防砂筛管 的冲蚀寿命进行计算，绘制防砂筛管冲蚀寿命预测图版； 5) 根据目标油井的油藏配产和完井防砂筛管长度，计算防砂筛管表面流速，由出砂模 拟实验确定携砂液浓度;根据计算的防砂筛管表面流速和携砂液浓度，从步骤4)得到的防 砂筛管冲蚀寿命预测图版中查得目标油井使用的防砂筛管的冲蚀寿命。2. 如权利要求1所述的一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法，其特征在于，所述步骤1) 中，采用申请号为"CN201510161646.2"、发明名称为"一种评价防砂管冲蚀速率的方法及其 专用装置"的实验装置，对目标油井使用的防砂筛管进行防砂筛管室内冲蚀实验;具体实验 流程包括以下步骤： ① 将实验装置通过高压管线连接； ② 使用丙酮冲洗防砂筛管试样，除去其表面污渍，烘干防砂筛管试样并称重，要求精度 达到0· OOOlg; ③ 将防砂筛管试样紧固安装在防砂单元实验架上，置入高压釜体中，并在高压釜体内 充填模拟地层砂； ④ 盖上高压釜体的上盖，紧固密封； ⑤ 打开数据采集系统检测各测压点数据； ⑥ 开启供液循环装置，将压力逐渐升至实验压力，开始冲蚀实验，记录实验数据； ⑦ 关闭供液循环装置，拆除高压釜体的上盖，观测防砂筛管试样，整理实验数据。3. 如权利要求1所述的一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法，其特征在于，所述步骤3) 中适用于目标油井使用的防砂筛管的冲蚀公式为： Q = KXF(HR,V,C) Xt 式中，Q表示筛管冲蚀损失质量;F是函数，使用nlinfit拟合实验数据得到;HR是地层砂 和防砂筛管材料硬度的比值;V表示防砂筛管表面流速;C表示携砂液浓度;t表示实验时间； K为无因次系数。4. 如权利要求1所述的一种油井防砂筛管冲蚀寿命预测方法，其特征在于，所述步骤3) 中适用于目标油井使用的防砂筛管的冲蚀寿命计算公式为： T = Q/(KXF(HR,V,C)) 式中，T表示防砂筛管的冲蚀寿命;Q表示筛管冲蚀损失质量;F是函数，使用nlinfit拟 合实验数据得到;HR是地层砂和防砂筛管材料硬度的比值;V表示防砂筛管表面流速;C表示 携砂液浓度;K为无因次系数。
【文档编号】G01N3/56GK105928813SQ201610388126
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】闫新江, 曹砚锋, 刘书杰, 周建良, 张海龙, 张磊, 陈欢
【申请人】中国海洋石油总公司, 中海油研究总院