[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

本發明公開了一種套管孔眼沖蝕試驗系統及方法，包括攪拌罐、增壓泵、沖蝕試驗箱和減壓箱。攪拌罐、增壓泵和沖蝕試驗箱之間通過管路連接形成氣液固三相流體循環回路；試驗套管經過外部加載塊模擬孔眼處地層外擠應力作用；氣液固三相流體經混合均勻并加溫后，通過增壓泵高壓泵入密封試驗套管的沖蝕試驗箱，并根據試驗要求精確控制流體流量；在試驗循環過程中，沖蝕流體始終保持從試驗套管外壁通過孔眼向內壁流動；試驗結束后，使用減壓箱對沖蝕回路系統安全泄壓。本發明真實模擬了高溫、高壓、氣液固三相流以及受外擠載荷的多因素耦合作用下的油氣井產層出砂工況，有效評估了射孔套管孔眼周圍的沖蝕行為，并具有較高的試驗安全性。

技術領域

本發明屬于油井管性能檢測評價技術領域，涉及一種套管孔眼沖蝕試驗系統及方法。

背景技術

油氣井出砂是油氣藏開發過程中普遍存在的問題之一，根據現場調研得知，目前高溫高壓區塊油氣井井筒堵塞比例超過50%，其主要原因多與產層出砂有關。產層出砂不但導致井筒堵塞、減產，還會造成油套管及井下工具沖蝕，嚴重威脅井筒結構完整性。由于油氣井套管損傷后修井難度大，可能造成井筒不可逆的破壞，因此在各類出砂所致危害中，套管沖蝕對于油氣井的影響最為嚴重。在油氣井井身結構中，射孔段套管尺寸規格較小，射孔后孔眼周圍管體的強度也會隨之降低；此外，由于位于目的層（最深層），射孔段套管還面臨高溫、高壓、高外擠壓力以及強腐蝕環境等極端苛刻工況。當產層出砂時，高流速砂礫與地層流體混合后通過套管孔眼沖入井筒，使得孔眼附近管壁面臨最高的沖蝕風險；此外，油氣井產層多含CO₂等腐蝕性氣體，與出砂液混合后形成的氣液固三相腐蝕性流體會進一步加劇套管的沖蝕損傷。因此，針對油氣井出砂工況，開展套管孔眼沖蝕行為研究，準確預測評估套管的剩余強度及壽命，對于保障油氣井井筒安全高效構建具有重要指導意義。

目前，針對石油管材及裝備的沖蝕行為研究主要采用多相流沖刷回路模擬試驗方法：中國專利CN?105403503?B公開了“一種油井管屈曲管柱的高溫腐蝕和沖蝕試驗裝置”，該方法建立了儲罐和沖刷腐蝕通道之間的沖蝕回路，可檢測高溫凝析水氣相、氣固兩相、液相或液固兩相流體作用下的小尺寸試樣的沖蝕量以及電化學參數；中國專利CN?105866018B公開了“用于評價油氣管道在高流速下沖刷腐蝕的試驗裝置及方法”，該裝置及方法主要包括薄液層沖刷通道以及流體儲罐組成的流體回路，可獲取小尺寸試樣在高流速薄液層（氣液兩相）沖刷條件下的腐蝕熱力學信息、動力學信息、平均腐蝕速率信息、流體對試樣表面的力學信息；中國專利CN?103575639?B公開了“壓裂滑套沖蝕試驗方法”，該方法是建立在主要由混砂器、高壓泵、檢測儀器、球座滑套、循環儲液池依次通過高壓管線串接的封閉循環系統，可模擬砂液兩相流對壓裂滑套實物試樣的沖蝕行為。然而，由于射孔套管結構及其所處井下環境的復雜性，若參考上述方法進行試驗，主要存在以下問題及難點：

（1）套管孔眼沖蝕行為評估需要考慮射孔槍射孔以及套管幾何尺寸的影響，現有可實現高溫、高壓、腐蝕環境及應力耦合作用的沖蝕試驗裝置及方法，主要針對小尺寸標準試樣，無法模擬實物套管射孔后孔眼的出砂沖蝕行為。

（2）由于試樣尺寸的限制，現有針對實物試樣的沖蝕試驗裝置及方法多未設計封閉的沖蝕試驗箱，因此僅能夠模擬管體試樣內壁的沖蝕行為；試樣尺寸較大時，難以對試樣加載，無法評估試樣在外加載荷條件下的沖蝕特征；由于實物試驗多在室外借助大功率的泵車或壓裂車等大型設備，模擬高溫高壓三相流循環回路的危險性較高。

因此，迫切需要開發一種流體循環回路系統，包括可安裝較大尺寸石油管試樣的封閉沖蝕試驗箱，可模擬高溫、高壓、氣液固三相流以及受力的多因素耦合作用下的油氣井產層出砂工況，并具有較高的安全性。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的問題，提供一種套管孔眼沖蝕試驗系統及方法，通過模擬高溫、高壓、腐蝕介質以及外加載荷多因素耦合作用下生產套管孔眼處的沖蝕損傷行為，對油氣井產層出砂工況下的射孔段套管套損情況進行有效評估，進一步指導油井管柱結構優化設計。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：