[發明專利]一種用于套管的腐蝕壽命預測方法

有效

• 申請號: 201710528725.1
• 申請日: 2017-07-01
• 公開（公告）號: CN107290270B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 曾德智;董寶軍;喻智明;劉芮嘉;李皓;蔡樂樂;侯鐸;張海鑫;施太和
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種油氣井套管的腐蝕壽命預測方法，其特征在于，包含如下步驟：

步驟1：依據油氣井套管的服役環境，利用高溫高壓釜模擬實際工況對套管材質進行腐蝕測試，測試時間為n＝[X₁，X₂，X₃，…X_i，…X_n]，n表示測試時間長短，X_i＝3d，7d，15d，30d，90d和180d，并利用腐蝕速率公式(1)分別求取材質的均勻腐蝕速率值；

式中：υ_cor為實測腐蝕速率，mm/a；Δm為腐蝕試驗前后試樣的質量之差，g；ρ為試樣密度，g/cm；A為試樣表面積，cm²；n為腐蝕時間，d；

步驟2：將步驟1中測得的腐蝕速率與服役時間進行多元線性回歸分析，得到腐蝕速率與腐蝕時間的方程，其公式表示為(2)；

υ′_cor＝f(t) (2)

式中：υ′_cor為腐蝕速率，mm/a；t為腐蝕時間，a；

步驟3：將步驟2中的腐蝕速率代入公式(3)中，得到套管在腐蝕后的實際壁厚D₁；

D₁＝D₀-υ′_cor×t (3)

式中：υ′_cor為腐蝕速率，mm/a；D₁為套管腐蝕后的實際壁厚，mm；D₀為套管的名義壁厚，mm；t為腐蝕時間，a；

步驟4：將步驟3中套管腐蝕后的實際壁厚D₁代入公式(4)中，求出不同服役年限下套管的剩余抗內壓強度P_in，其公式表示為(5)；

式中：P_in為套管的抗內壓強度，MPa；D₁為套管腐蝕后的實際壁厚，mm；σ_y為套管屈服強度，MPa；D₀為套管的名義壁厚，mm；υ′_cor為腐蝕速率，mm/a；t為腐蝕時間，a；φ為套管名義直徑，mm；

步驟5：將步驟4中套管剩余抗內壓強度代入公式(6)中計算出套管抗內壓安全系數k_in，其公式表示為(7)；

式中：k_in為抗內壓安全系數，P_in為套管抗內壓強度，MPa；P_w為工作壓力，MPa；D₀為套管的名義壁厚，mm；υ′_cor為腐蝕速率，mm/a；t為腐蝕時間，a；φ為套管名義直徑，mm；σ_y為套管屈服強度，MPa；

步驟6：取套管的抗內壓安全系數閾值k，另k＝k_in，將套管的抗內壓安全系數閾值代入公式(7)中，計算套管的抗內壓安全服役年限T₁；

步驟7：將步驟3中套管腐蝕后的實際壁厚D₁代入套管剩余抗擠強度公式(8)，求出套管的剩余抗擠強度，其公式表示為(11)；

P_sq＝{(P_e+P_y)-[(P_e-P_y)+4P_eP_yH_t]^1/2}÷[2(1-H_t)] (8)

其中：

P_y＝k_y×2f_min(D₁/φ)[1+D₁/(2φ)] (9)

P_e＝0.825×2E/[(1-υ²)(φ/D₁)(φ/D₁-1)²] (10)

P_sq＝{(P′_e+P′_y)-[(P′_e-P′_y)+4P′_eP′_yH_t]^1/2}÷[2(1-H_t)] (11)

其中：

P′_y＝k_y×2f_min((D₀-υ′_cor×t)/φ)[1+(D₀-υ′_cor×t)/(2φ)] (12)

P′_e＝0.825×2E/[(1-υ²)(φ/(D₀-υ′_cor×t))(φ/(D₀-υ′_cor×t)-1)²] (13)

式中：P為設計抗擠強度，MPa；P_e為設計彈性強度，MPa；P_y為設計屈服強度，MPa；H_t為制造缺陷影響因子；k_y為設計屈服強度折減系數；f_min為材料最小屈服強度，MPa；E為材料彈性模量，2.07×10⁵MPa；υ為泊松比，0.28；φ為套管名義直徑，mm；D₀為套管的名義壁厚，mm；υ′_cor為腐蝕速率，mm/a；t為腐蝕時間，a；P′_e為套管腐蝕后的彈性強度，P′_y為套管腐蝕后的屈服強度，MPa；

步驟8：將步驟7中套管剩余抗擠強度P_sq代入公式(14)中計算出套管的抗擠安全系數k_sq公式，其公式表示為(15)；

k_sq＝{(P′_e+P′_y)-[(P′_e-P′_y)+4P′_eP′_yH_t]^1/2}÷[2ρgh(1-H_t)] (15)

式中：k_sq為抗擠安全系數，P_sq為套管抗擠強度，MPa；ρ為鉆井液的密度，kg/m³；g為重力加速度，9.8m/s²；h為井深，m；P′_e為套管腐蝕后的彈性強度，P′_y為套管腐蝕后的屈服強度，MPa；H_t為制造缺陷影響因子；

步驟9：取套管的抗擠安全系數閾值為k_e，另k_sa＝k_e，將套管的抗擠安全系數閾值k_e代入套管的抗擠安全系數公式(15)中，計算套管的抗擠安全服役年限T₂；

步驟10：將套管的抗內壓安全服役年限T₁和抗擠安全服役年限T₂代入公式(16)求取套管的安全服役年限腐蝕年限T。

T＝min{T₁，T₂} (16)