用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法与流程

本发明涉及油田气井防砂
技术领域：
，具体是一种用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法。
背景技术：
：在油气开采
技术领域：
，特别是针对疏松砂岩气藏开采时，出砂问题严重影响了气井的正常生产，采取防砂措施是解决气井出砂的主要途径，其中，防砂筛管是防砂措施中最重要、最常用的工具之一。防砂筛管长期在高速含砂气体的冲蚀作用下，过滤材料极易发生破坏，导致防砂失败，缩短了防砂寿命。通过对筛管防砂失败因素的统计分析表明，冲蚀破坏是造成气井中防砂筛管失效的主要原因之一。对于采用射孔完井方式的气井，防砂筛管冲蚀破坏的主要方式是喷射冲蚀，即高速含砂气体从射孔炮眼中直接喷射冲蚀到筛管表面，将筛管过滤材料击穿，对筛管造成冲蚀破坏，导致防砂失败。其中，本发明人研制出了筛管耐冲蚀性能测试装置，具体结构详见公布号为CN103852412A的中国发明专利，利用该装置可以测试出不同筛管过滤单元的冲蚀破坏时间(也即筛管过滤材料被冲蚀击穿的时间)。但是，上述筛管耐冲蚀性能测试装置并不能真实的模拟地层内的情况，也不能准确预测气井内的筛管在真实地层环境下的耐冲蚀性能，而且，现有的不同的气井具有不同的冲蚀风险等级，针对不同的冲蚀风险等级的气井，则需要选择不同等级的耐冲蚀性能的防砂筛管，例如针对冲蚀风险等级较高的气井，则需要采用耐冲蚀性能好的防砂筛管，因此，通过预测不同防砂筛管在气井中的冲蚀寿命，能够为气井防砂作业时选择合适的防砂筛管提供重要的依据，但是，现有技术中还没有能够准确预测井下使用的筛管的冲蚀寿命的方法。有鉴于上述现有技术存在的问题，本发明人结合相关制造领域多年的设计及使用经验，提供一种用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法，来克服上述缺陷。技术实现要素：本发明的目的是提供一种用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法，其能够真实、准确的预测防砂筛管在射孔完井气井中的冲蚀寿命，为气井防砂作业选择合适的防砂筛管提供重要的依据。本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：本发明提供一种用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法，其包括如下步骤：步骤S1，准备筛管耐冲蚀性能测试装置；步骤S2，向所述筛管耐冲蚀性能测试装置中加入磨料粒子，通过所述筛管耐冲蚀性能测试装置对所述防砂筛管进行喷射冲蚀试验，得到磨料粒子含量C0、磨料粒子冲蚀速度v0和筛管试验冲蚀破坏时间t；步骤S3，提取所述射孔完井气井内的地层砂样，得到所述地层砂样的地层砂形状系数k1和地层砂密度ρ1；步骤S4，对所述射孔完井气井进行试生产，得到所述射孔完井气井在试生产中的地层出砂含量C1和炮眼气体流速v1；步骤S5，按照下面的公式预测所述防砂筛管在所述射孔完井气井内的筛管冲蚀寿命T：式中，T为筛管冲蚀寿命，单位为min，t为筛管试验冲蚀破坏时间，单位为min，k0为磨料粒子形状系数，无量纲；ρ0为磨料粒子密度，单位为g/cm3；C0为磨料粒子含量，单位为g/cm3；D0为所述筛管耐冲蚀性能测试装置的喷嘴直径，单位为mm；v0为磨料粒子冲蚀速度，单位为m/s；k1为地层砂形状系数，无量纲；ρ1为地层砂密度，单位为g/cm3；C1为地层出砂含量，单位为g/cm3；D1为所述射孔完井气井内的射孔炮眼直径，单位为mm；v1为炮眼气体流速，单位为m/s；β为常数。在优选的实施方式中，所述步骤S1中的所述筛管耐冲蚀性能测试装置包括砂罐、混合输出单元、具有空腔的混砂器、加速管、喷嘴和测试单元，所述砂罐和所述混合输出单元分别与所述混砂器的空腔连通，所述混砂器的空腔与所述加速管和所述喷嘴依次相连，所述喷嘴对准所述测试单元。在优选的实施方式中，所述步骤S2包括如下步骤：步骤S21，向所述砂罐提供磨料粒子，将所述磨料粒子导入所述混砂器的空腔；步骤S22，由所述混合输出单元向所述混砂器的空腔输送气体，使所述气体与位于所述混砂器的空腔的磨料粒子混合，记录所述混砂器的空腔内的磨料粒子含量C0；步骤S23，通过所述加速管对所述磨料粒子和所述气体组成的混合流体加速，并通过激光多普勒测速仪测量自所述喷嘴喷出的磨料粒子冲蚀速度v0；步骤S24，通过所述筛管耐冲蚀性能测试装置对所述防砂筛管进行喷射冲蚀试验，记录所述防砂筛管的筛管试验冲蚀破坏时间t。在优选的实施方式中，在所述步骤S23中，所述磨料粒子冲蚀速度v0的范围为2m/s～60m/s。在优选的实施方式中，在所述步骤S24中，所述筛管试验冲蚀破坏时间t为自所述磨料粒子开始冲蚀所述防砂筛管至所述防砂筛管被冲破的时间。在优选的实施方式中，在所述步骤S3中，所述地层砂形状系数k1通过显微镜观察所述地层砂样的形状确定。在优选的实施方式中，在所述步骤S3中，所述地层砂密度ρ1通过称量所述地层砂样的质量，并利用排水法测量所述地层砂样的体积确定。在优选的实施方式中，在所述步骤S4中，所述炮眼气体流速v1的计算公式为：式中，qs为井底产气量，单位为m3/s；H为射孔段厚度，单位为m；S为射孔密度，单位为孔数/m；D1为射孔炮眼直径，单位为m。在优选的实施方式中，所述井底产气量qs的计算公式为：式中，qac为井口产气量，单位为m3/s；Zs为气体压缩因子，无量纲；t1为井底温度，单位为℃；Ps为井底压力，单位为MPa。本发明用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法的特点及优点是：本发明首先准备筛管耐冲蚀性能测试装置，向所述筛管耐冲蚀性能测试装置中加入磨料粒子，通过筛管耐冲蚀性能测试装置对防砂筛管进行喷射冲蚀试验，以得到磨料粒子含量C0、磨料粒子冲蚀速度v0和筛管试验冲蚀破坏时间t，然后通过提取射孔完井气井内的地层砂样，得到地层砂样的地层砂形状系数k1和地层砂密度ρ1，接着通过对所述射孔完井气井进行试生产，得到所述射孔完井气井在试生产中的地层出砂含量C1和炮眼气体流速v1，最后实现对防砂筛管的筛管冲蚀寿命T的预测，即预测出防砂筛管在不同的冲蚀风险等级的射孔完井气井中的冲蚀寿命，能够为气井防砂作业选择合适的防砂筛管提供重要的依据。本发明能根据不同射孔完井气井的井下工况、出砂程度和生产气量等因素，结合筛管耐冲蚀性能测试装置，准确预测射孔完井气井内的防砂筛管的冲蚀寿命，预测方法简单易用，预测结果准确、客观、可靠。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法的流程图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，本发明提供一种用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法，其包括如下步骤：步骤S1，准备筛管耐冲蚀性能测试装置；步骤S2，向所述筛管耐冲蚀性能测试装置中加入磨料粒子，通过所述筛管耐冲蚀性能测试装置对所述防砂筛管进行喷射冲蚀试验，得到磨料粒子含量C0、磨料粒子冲蚀速度v0和筛管试验冲蚀破坏时间t；步骤S3，提取所述射孔完井气井内的地层砂样，得到所述地层砂样的地层砂形状系数k1和地层砂密度ρ1；步骤S4，对所述射孔完井气井进行试生产，得到所述射孔完井气井在试生产中的地层出砂含量C1和炮眼气体流速v1；步骤S5，按照下面的公式预测所述防砂筛管在所述射孔完井气井内的筛管冲蚀寿命T：式中，T为筛管冲蚀寿命，单位为min(分钟)，t为筛管试验冲蚀破坏时间，单位为min(分钟)，k0为磨料粒子形状系数，无量纲；ρ0为磨料粒子密度，单位为g/cm3(克/立方厘米)；C0为磨料粒子含量，单位为g/cm3(克/立方厘米)；D0为所述筛管耐冲蚀性能测试装置的喷嘴直径，单位为mm(毫米)；v0为磨料粒子冲蚀速度，单位为m/s(米/秒)；k1为地层砂形状系数，无量纲；ρ1为地层砂密度，单位为g/cm3(克/立方厘米)；C1为地层出砂含量，单位为g/cm3(克/立方厘米)；D1为所述射孔完井气井内的射孔炮眼直径，单位为mm(毫米)；v1为炮眼气体流速，单位为m/s(米/秒)；β为常数。具体的，所述步骤S1提供的所述筛管耐冲蚀性能测试装置包括砂罐、混合输出单元、具有空腔的混砂器、加速管、喷嘴和测试单元，所述砂罐和所述混合输出单元分别与所述混砂器的空腔连通，所述混砂器的空腔与所述加速管和所述喷嘴依次相连，所述喷嘴对准所述测试单元，其中，该筛管耐冲蚀性能测试装置可为如公布号为CN103852412A的中国发明专利中公开的装置，具体结构在此不再赘述。进一步的，所述步骤S2包括如下步骤：步骤S21，向所述砂罐提供磨料粒子，将所述磨料粒子导入所述混砂器的空腔；步骤S22，由所述混合输出单元向所述混砂器的空腔输送气体，使所述气体与位于所述混砂器的空腔的磨料粒子混合，记录所述混砂器的空腔内的磨料粒子含量C0；步骤S23，通过所述加速管对所述磨料粒子和所述气体组成的混合流体加速，并通过激光多普勒测速仪测量自所述喷嘴喷出的磨料粒子冲蚀速度v0；步骤S24，通过所述筛管耐冲蚀性能测试装置对所述防砂筛管进行喷射冲蚀试验，记录所述防砂筛管的筛管试验冲蚀破坏时间t。更进一步的，在所述步骤S21中，提供磨料粒子形状系数为k0，磨料粒子密度为ρ0的特定大小的磨料粒子，使磨料粒子的粒径大于防砂筛管的滤孔的直径，以满足对防砂筛管的喷射冲蚀试验的要求，例如，提供的磨料粒子可为石英砂，当然也可为其他合适的材料，在此不作限制；在所述步骤S22中，注入该筛管耐冲蚀性能测试装置的砂罐内的磨料粒子与混合输出单元的空压机输出的气体在混砂腔的空腔中混合形成混合流体，该混合流体的单位体积内磨料粒子的质量即为磨料粒子含量C0，即质量体积百分比，其单位为克/立方厘米(g/cm3)，其可通过注入该筛管耐冲蚀性能测试装置的空腔内的磨料粒子的量除以空腔的体积计算得到，特别的，在注入磨料粒子和空气时，进行定量的注入，使其全部进入混砂器的空腔内混合，以便于得出磨料粒子含量C0；在所述步骤S23中，从混砂器的空腔内喷出的磨料粒子的速度较低，无法满足对防砂筛管的冲蚀，故使从混砂器的空腔内喷出的磨料粒子通过加速管进行加速并达到高速状态，以达到能对防砂筛管进行冲蚀的速度，其中，所述磨料粒子冲蚀速度v0的范围为2m/s～60m/s；在所述步骤S24中，从加速管加速完成后的磨料粒子与空气的混合流体经喷嘴喷出到防砂筛管上，以对防砂筛管进行多次冲蚀磨损，直至防砂筛管被冲破，所述筛管试验冲蚀破坏时间t为自所述磨料粒子开始冲蚀所述防砂筛管至所述防砂筛管被冲破的时间，也即为利用该筛管耐冲蚀性能测试装置进行喷射冲蚀试验测得的筛管被冲破的时间，也即该筛管的过滤单元被冲破的时间，其单位为分钟(min)；另外，所述步骤S2还包括如下步骤，测量筛管耐冲蚀性能测试装置的喷嘴直径D0，其可通过游标卡尺或其他测量工具直接测量得到，该步骤可在对防砂筛管进行喷射冲蚀试验之前进行或在对防砂筛管完成喷射冲蚀试验之后进行，筛管耐冲蚀性能测试装置的喷嘴直径D0的单位为毫米(mm)，β是取值为2.5的常数。进一步的，在所述步骤S3中，所述地层砂形状系数k1通过显微镜观察所述地层砂样的形状确定，具体的，从地层中获取地层砂样后，通过显微镜观察地层砂样的形状，并查阅现有工具书中的颗粒形状系数对应表，以确定地层砂形状系数k1。进一步的，在所述步骤S3中，所述地层砂密度ρ1通过称量所述地层砂样的质量，并利用排水法测量所述地层砂样的体积确定，具体的，从地层中获取地层砂样后，用天平或其他称量工具称量地层砂样的质量，然后将地层砂样置入盛有水的量杯中，观察水面上升的体积，再采用质量除以体积的计算方法得到，其单位为克/立方厘米(g/cm3)，当然，其也可以采用其他合适的方法得到，在此不作限制。进一步的，在所述步骤S4中，地层出砂含量C1是采用现有技术中已知的测量方法得到，即其可通过在对所述射孔完井气井进行试生产时，在井口收集出砂总量与总气量，并通过出砂总量与总气量的比值得到，或者通过射孔完井气井出砂量预测方法得到，该预测方法为现有本领域技术人员已知的方法，射孔完井气井内的射孔炮眼直径D1可通过直接查阅该射孔完井气井的设计参数和完井数据即可得到，β是取值为2.5的常数。进一步的，在所述步骤S4中，所述炮眼气体流速v1的计算公式为：其中，qs为井底产气量，其单位为m3/s(立方米/秒)，H为射孔段厚度(也即射孔时射穿的油气层厚度，其可通过查阅射孔完井数据得到)，其单位为m(米)，S为射孔密度(也即每米上设置的孔的数量，其可通过查阅射孔完井数据得到)，其单位为孔数/米，D1为射孔炮眼直径，其单位为m(米)。更进一步的，所述井底产气量qs的计算公式为：其中，qac为井口产气量，其单位为m3/s(立方米/秒)，且井口产气量qac可通过实际生产中直接测量得到，Zs为气体压缩因子，其无量纲，气体压缩因子Zs可通过现有技术中的修正的理想气体状态方程得出，t1为井底温度，其单位为℃(摄氏度)，Ps为井底压力，其单位为MPa(兆帕斯卡)，井底温度t1、井底压力Ps可通过设置于井底的传感器测定。下面以具体的实施例对本发明用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法的操作进行说明：首先，准备筛管耐冲蚀性能测试装置(如公布号为CN103852412A的中国发明专利中公开的装置)，选取特定的磨料粒子(磨料粒子形状系数为k0，且磨料粒子密度为ρ0)，并在一定的磨料粒子冲蚀速度v0、磨料粒子含量C0和喷嘴直径D0的条件下，通过筛管耐冲蚀性能测试装置对四种不同的筛管过滤单元进行喷射冲蚀试验，并分别测得出四种不同的筛管过滤单元的冲蚀破坏时间(即筛管试验冲蚀破坏时间t)。如表1所示，其显示了各筛管冲蚀试验数据，同时，如表2所示，其显示了试验得到的四种不同的筛管过滤单元的冲蚀破坏时间：表1筛管冲蚀试验数据试验参数名称试验参数磨料粒子形状系数k01.45磨料粒子密度ρ02.50g/cm3磨料粒子冲蚀速度v012m/s磨料粒子含量C07.71g/cm3喷嘴直径D08mm表2不同筛管的试验冲蚀破坏时间筛管编号筛管试验冲蚀破坏时间t1号筛管134.3min2号筛管118.7min3号筛管87min4号筛管269.7min然后，提取所述射孔完井气井内的地层砂样，得到所述地层砂样的地层砂形状系数k1和地层砂密度ρ1，并对所述射孔完井气井进行试生产，得到所述射孔完井气井在试生产中的地层出砂含量C1和炮眼气体流速v1，如表3所示，其显示了某气井的基础数据：表3某气井的基础数据气井基础参数名称数据值地层砂形状系数k11.30地层砂密度ρ12.50g/cm3炮眼气体流速v11.67m/s地层出砂含量C10.02g/cm3射孔炮眼直径D112mm最后，利用筛管冲蚀试验数据、筛管的试验冲蚀破坏时间和气井的基础数据，依据公式预测所述防砂筛管在所述射孔完井气井内的筛管冲蚀寿命T，并将筛管冲蚀寿命T的单位由分钟折算为年，即可得到如下表4中示出的不同筛管的冲蚀寿命：表4不同筛管的冲蚀寿命筛管编号筛管冲蚀寿命1号筛管6.8年2号筛管6.0年3号筛管4.4年4号筛管13.6年本发明用于射孔完井气井内的防砂筛管冲蚀寿命预测方法的特点及优点是：本发明首先准备筛管耐冲蚀性能测试装置，向所述筛管耐冲蚀性能测试装置中加入磨料粒子，通过筛管耐冲蚀性能测试装置对防砂筛管进行喷射冲蚀试验，以得到磨料粒子含量C0、磨料粒子冲蚀速度v0和筛管试验冲蚀破坏时间t，然后通过提取射孔完井气井内的地层砂样，得到地层砂样的地层砂形状系数k1和地层砂密度ρ1，接着通过对所述射孔完井气井进行试生产，得到所述射孔完井气井在试生产中的地层出砂含量C1和炮眼气体流速v1，最后实现对防砂筛管的筛管冲蚀寿命T的预测，即预测出防砂筛管在不同的冲蚀风险等级的射孔完井气井中的冲蚀寿命，能够为气井防砂作业选择合适的防砂筛管提供重要的依据。本发明能根据不同射孔完井气井的井下工况、出砂程度和生产气量等因素，结合筛管耐冲蚀性能测试装置，准确预测射孔完井气井内的防砂筛管的冲蚀寿命，预测方法简单易用，预测结果准确、客观、可靠。以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何所属
技术领域：
中具有通常知识者，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。当前第1页1 2 3