[發明專利]一種含砂流體作用下金屬篩管使用壽命的預測方法

在審

• 申請號: 201911098648.6
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN111008456A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 曹硯鋒;樓一珊;文敏;劉書杰;翟曉鵬;范志利;伍麗娟;邱浩;史寶成
• 申請（專利權）人: 中海石油（中國）有限公司;中海石油（中國）有限公司北京研究中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/04;G06F113/14
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王灝增

本發明提供了一種含砂流體作用下金屬篩管使用壽命的預測方法，其中預測方法主要包括：根據待預測的金屬篩網結構及金屬篩網的編織方式，對篩網的三維模型進行建立；根據待預測篩管所處地層的實際環境確定沖蝕流體的性質特點以及流動特征，并根據沖蝕流體的性質特點以及流動特征確立沖蝕模型的邊界條件及計算方法；對求解結果進行分析從而達到篩管壽命預測的目的。相比于現行采用室內試驗的方法對篩管壽命進行預測的方式只能做短期的沖蝕實驗的情況，本發明能夠良好的在全面考慮沖蝕環境條件的情況下，預測長期受到沖蝕的篩管使用壽命，并且能夠保證模擬結果與實際生產中篩管壽命的誤差小于5％。

技術領域

本發明涉及到石油工程中完井工程領域，更加具體地是含砂流體作用下金屬篩管使用壽命的預測方法。

背景技術

井底出砂一直是困擾石油開采工作的重要原因之一。目前，國外石油公司大多采用機械防砂的方法減少井底出砂量。機械防砂是指在井底下入防砂篩管，通過篩管表面以及內置的金屬網布過濾井底砂粒。然而，在金屬篩管防砂的過程中，篩管的工作環境惡劣。井底高溫高壓的情況下，攜砂油流以高速沖擊金屬篩管，高速油流中的砂粒對金屬篩管表面產生為切削現象(即篩管表面出現小的沖蝕坑，產生一定質量損失)。在長時間的沖蝕作用下，篩管表面的質量損失達到一定值則會造成篩管防砂失效。

防砂篩管的使用壽命，是當前石油行業所需要解決的重要課題。目前，在防砂篩管使用壽命的課題研究中多以室內試驗為主，根據金屬篩管的沖蝕特性以及充實原理，實驗過程中需要長時間進行室內試驗，極耗時間及人力。

發明內容

本發明的主要目的是通過計算機模擬方式還原金屬篩管井下工況，并帶入Fluent求解器進行求解，根據求解結果進一步對篩管的使用壽命進行預測。

本發明提供一種含砂流體作用下金屬篩管使用壽命的預測方法，包括如下步驟：

1)根據金屬篩管的結構建立金屬篩管的物理模型；

2)結合金屬篩管所處地層參數與物理模型建立合理的數學模型；

3)根據數學模型預測金屬篩管使用壽命。

進一步，所述步驟1)中，所述金屬篩管的結構由內至外依次寶庫基管(1)、雙層金屬網(2)和殼體(3)；所述物理模型包括：根據殼體(3)的結構建立的保護套流道、根據雙層金屬網(2)的結構建立的網孔流道以及根據基管(1)機構建立的基管流道。

進一步，所述網孔流道為交錯布置網孔，所述網孔直徑為500μm。

進一步，所述步驟3)中，通過數學模型帶入求解器的計算結構進行分析，確定金屬篩管的沖蝕速率，根據金屬篩管的沖蝕速率計算金屬篩管的使用壽命。

進一步，所述數學模型為類Finnie模型。

進一步，所述根據金屬篩管的沖蝕速率計算金屬篩管的使用壽命的方法為利用數值模擬模型對金屬篩管進行保護套流道、金屬網孔流道、基管流道模擬，結合自定義沖蝕模型，確定篩管沖蝕壽命。

首先建立金屬篩管的物理模型，物理模型主要分為三層，主要是保護套流道、金屬網孔流道、基管流道。其中，保護流道是根據金屬篩管的保護外殼進行還原，具體結構與篩管保護外殼一致；金屬網孔流道的設計采用位錯式布置，(金屬網孔的編織方式過于復雜，不易建立完全一致的物理模型)，位錯布置的主要方式是查詢相關規范，得到與該篩管規格相同的金屬網布的網孔尺寸，在物理模型建立的中簡化金屬網布的其他部分，只保留網孔；基管流道的物理模型建立基本與原篩管結構相同。

本發明中數學計算模型采用自行建立的類Finne模型，具體公式為：

其中