[發明專利]一種套管孔眼沖蝕試驗系統及方法

有效

• 申請號: 201911312776.6
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111077062B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 龍巖;王鵬;謝俊峰;付安慶;趙密鋒;鄺獻任;吉楠;潘志勇
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N3/56
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

1.一種套管孔眼沖蝕試驗系統，其特征在于，包括：

攪拌罐（1），所述攪拌罐（1）的出口依次連接增壓泵（2）和沖蝕試驗箱（3），沖蝕試驗箱（3）的出口連接攪拌罐（1）的入口，形成氣液固三相流體循環回路；攪拌罐（1）上還連接有減壓箱（4）、水箱（7）以及CO₂氣罐（8）；所述攪拌罐（1）上安裝有加熱器（5）和第一壓力表（6）；

沖蝕試驗箱（3），所述沖蝕試驗箱（3）內安裝有試驗套管（16）；

所述試驗套管（16）上開設有孔眼（17），兩端通過第一加載塊（19）和第二加載塊（20）實現外部加載，使孔眼（17）附近的套管外壁受壓，孔眼（17）的直徑不小于9mm；所述孔眼（17）的周圍和背部設置有多個應變片（18），用于測量孔眼（17）周圍的實際載荷；

所述試驗套管（16）的一端焊接轉接頭（23），另一端焊接堵頭（24）；沖蝕試驗箱（3）為一端開口的箱體，開口端設置密封連接的蓋板（25），蓋板（25）的中部設置出液口（26），轉接頭（23）的出口與出液口（26）螺紋連接；沖蝕試驗箱（3）的側面開設進液口（27），進液口（27）與試驗套管（16）的孔眼（17）對中；

所述第一加載塊（19）和第二加載塊（20）的結構相同，均包括兩個加載平板，試驗套管（16）夾持在兩加載平板之間，且兩加載平板通過多個加載螺栓（22）相連，并通過加載螺栓（22）調節位移量；試驗套管（16）通過第一加載塊（19）和第二加載塊（20）加載時，第一加載塊（19）和第二加載塊（20）的加載面軸線（21）重合，且穿過孔眼（17）的圓心；

試驗時，三相流體始終保持從試驗套管（16）外壁通過孔眼（17）向內壁流動，再由所述沖蝕試驗箱（3）的出口流出，最終回流至所述攪拌罐（1）開始下一循環；試驗完成后，三相流體進入所述減壓箱（4）進行泄壓。

2.根據權利要求1所述的套管孔眼沖蝕試驗系統，其特征在于，所述攪拌罐（1）與減壓箱（4）之間的管道上設置有第一閥門（9），所述攪拌罐（1）與水箱（7）之間的管道上設置有第二閥門（10），所述攪拌罐（1）與CO₂氣罐（8）之間的管道上設置有第三閥門（11），所述攪拌罐（1）與增壓泵（2）之間的管道上設置有第四閥門（12），所述攪拌罐（1）與沖蝕試驗箱（3）之間的管道上設置有第五閥門（15）。

3.根據權利要求2所述的套管孔眼沖蝕試驗系統，其特征在于，所述增壓泵（2）與所述沖蝕試驗箱（3）進口之間的管路上安裝有流量測量控制器（13）和第二壓力表（14），通過流量測量控制器（13）控制進入沖蝕試驗箱（3）的進液流量。

4.根據權利要求3所述的套管孔眼沖蝕試驗系統，其特征在于，所述蓋板（25）通過密封圈（28）與沖蝕試驗箱（3）的開口端密封，并通過多個緊固螺栓（29）固定。

5.根據權利要求1所述的套管孔眼沖蝕試驗系統，其特征在于，所述沖蝕試驗箱（3）的側面設置有加熱絲（30），最外層包裹保溫套（31）。

6.一種采用權利要求1-5任意一項所述套管孔眼沖蝕試驗系統的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：在試驗套管（16）中心位置，由內向外射穿一直徑不小于9?mm的孔眼（17）；

步驟2：在孔眼（17）兩側分別安裝加載塊，并使孔眼（17）的圓心位于加載面軸線（21）上；

步驟3：在孔眼（17）周圍的管體上及其背面對應位置粘貼多個應變片（18），并連接至電阻應變儀；

步驟4：根據電阻應變儀測量數據計算出實際應力值，通過調節加載螺栓位移控制孔眼（17）附近的應變，直至滿足試驗所需壓應力后，去除應變片；

步驟5：在試驗套管（16）的一端焊接轉接頭（23），另一端焊接堵頭（24），并連接至蓋板（25）的出液口（26）上；

步驟6：將蓋板（25）裝至沖蝕試驗箱（3）上，并使孔眼（17）與沖蝕試驗箱（3）側面的進液口（27）對中；

步驟7：根據試驗要求，配置模擬地層水溶液，加入水箱（7）中；

步驟8：按照試驗所要求砂比，將砂礫加至攪拌罐（1）內，再將水箱（7）中的模擬地層水溶液導入攪拌罐（1），攪拌均勻后開啟加熱器（5），使砂液升溫至試驗所需溫度；

步驟9：打開CO₂氣罐（8），使攪拌罐（1）內的CO₂分壓升至試驗要求壓力值；

步驟10：開啟增壓泵（2），調節增壓泵（2）出口處的砂液流速至試驗要求值，并記錄沖蝕試驗箱（3）進口處壓力；

步驟11：開啟沖蝕試驗箱（3）的加溫裝置，當溫度穩定在試驗要求溫度后視為試驗開始；

步驟12：試驗完成后，將沖蝕流體導入減壓箱泄壓；

步驟13：使用清水對沖蝕回路進行沖洗，沖洗完成后關閉增壓泵（2），然后泄壓；

步驟14：取出試驗套管（16），測量壁厚損失情況，對孔眼（17）處宏微觀形貌以及理化性能進行分析，最終評估孔眼（17）沖蝕后的剩余強度及壽命。