CN114705580A - 深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法及装置 - Google Patents

深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法及装置 Download PDF

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CN114705580A CN202210317148.2A CN202210317148A CN114705580A CN 114705580 A CN114705580 A CN 114705580A CN 202210317148 A CN202210317148 A CN 202210317148A CN 114705580 A CN114705580 A CN 114705580A
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Abstract

本发明涉及一种深水气井防砂筛管冲蚀‑腐蚀耦合失效评价方法，包括：确定实验方法，实验方法包括腐蚀、冲蚀和冲蚀‑腐蚀耦合实验，得到冲蚀‑腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系；依据实验中冲蚀‑腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系，通过单一冲蚀模型和腐蚀模型与因素关系相印证，进而得出单因素与冲蚀‑腐蚀耦合速率的关系；建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀‑腐蚀耦合速率预测模型；引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀‑腐蚀损失评估方法。本发明能够对防砂筛管冲蚀和腐蚀研究相互之间进行耦合研究。

Description

深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法及装置
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，具体是关于一种深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法。
背景技术
深水地层压实程度低、胶结疏松易出砂，而深水气井配产高、气流流速快，防砂筛管冲蚀严重。若产出气伴生CO2等酸性气体，CO2腐蚀降低管材强度、促进冲蚀磨损，冲蚀又使表面腐蚀产物脱离、加剧腐蚀，两者相互耦合叠加，加速筛管防砂失效，由此引发一系列危害，如井下管柱和地面设备的冲蚀腐蚀、井下作业次数增多等，严重时甚至导致气井停产。
目前国内外对冲蚀腐蚀问题的研究均是单独的冲蚀研究和单独的腐蚀研究，未有相关的耦合研究。国内外一般把腐蚀速率预测模型大致分为3类，即半经验型预测模型，经验型预测模型和机理型预测模型。在半经验模型的建立上，Waard提出了有代表性的DeWaard预测模型，并在此后的几十年中引入了流速，pH值及油膜等因素不断改进修正；在经验模型方面，挪威能源科技研究依据大量低温室内实验数据与高温现场数据建立的Norsok腐蚀经验模型为代表，其可以用于预测材料的均匀腐蚀速率，但当材料出现局部不规则情况时(如出现点蚀及台地状腐蚀)，预测结果往往低于实际情况；在机理模型方面，Nesic等提出CO2腐蚀动力学模型，考虑了金属表面成膜的单相化学反应及离子交换。大部分腐蚀模型建立的是静态腐蚀模型，未考虑流速对腐蚀的影响。在冲蚀研究方面，国内外研究的冲蚀磨损理论中以微切削理论、变形磨损理论、压痕破裂模型理论等影响最大。在实际冲蚀磨损过程中,会受到多种冲蚀作用，不能用某一单独理论解释。其中微切削理论、变形磨损理论和锻造挤压理论主要考虑流体流速对材料的冲蚀磨损，未考虑多相流对材料的冲蚀磨损；压痕破裂模型理论在微切削理论提供的冲蚀模型基础上，建立的两相流固体颗粒冲蚀模型，主要考虑颗粒质量流量、流速和颗粒直径对冲蚀的影响。
因此，实时精确掌控筛管冲蚀-腐蚀耦合规律和程度、预判筛管使用寿命对保障海洋油气资源的安全高效开发具有重要意义。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，能够对防砂筛管冲蚀和腐蚀研究相互之间进行耦合研究。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，包括如下步骤：
确定实验方法，所述实验方法包括腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验，得到冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系；
依据上述实验中冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系，通过单一冲蚀模型和腐蚀模型与因素关系相印证，进而得出单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系；
依据单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系，建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型；
依据防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型，引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀-腐蚀损失评估方法。
所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，优选地，所述确定实验方法包括如下步骤：
确定腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验的实验方案，所述实验方案为三因素四水平腐蚀实验、三因素四水平冲蚀实验和五因素四水平冲蚀-腐蚀耦合实验，通过对筛网挂片试样进行实验得到试样的质量损失值；
根据Salama多相流模型中砂粒流速与实验流体介质流速的定量关系确定气体流速等效液体流速关系，将液体流速转换为气体流速；
计算筛网挂片表面积A，通过试样的质量损失值计算试样损失速率的质量表征并计算筛网损失速率Vcor-ero的深度表征，所述筛网损失速率Vcor-ero的深度表征即为冲蚀-腐蚀耦合速率；
使用旋转差速冲蚀-腐蚀模拟实验装置进行实验，得出冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系。
所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，优选地，气体流速等效液体流速关系为：
Figure BDA0003570164830000021
式中，Vl为腐蚀介质表观速度；Vg为天然气的表观速度；ρl为腐蚀介质密度；ρg为天然气密度；μl为腐蚀介质黏度；μg为天然气黏度。
所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，优选地，通过公式(2)计算筛网挂片表面积A：
Figure BDA0003570164830000022
式中，A为筛网挂片表面积；n1为经丝根数；d为筛网挂片宽度；L1为经丝长度；n2为纬丝根数；D为丝径；L2为纬丝长度；l为经孔距；c为筛网挂片厚度。
所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，优选地，所述筛网损失速率Vcor-ero的深度表征的计算方法为：
通过公式(3)计算试样损失速率的质量表征为：
Figure BDA0003570164830000031
式中，V-为试样损失速率；m0为试样的初始重量；m1为清除冲蚀-腐蚀产物后的试样重量；A0为试样的表面积，与筛网挂片表面积A相同；t为实验时间；
通过公式(4)计算筛网损失速率Vcor-ero的深度表征为：
Figure BDA0003570164830000032
式中，Vcor-ero为筛网损失速率；ρ为试样的密度。
所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，优选地，单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系为：
温度：Vcor-ero∝eb/T
CO2分压：
Figure BDA0003570164830000034
流速：Vcor-ero∝vx
粒径：Vcor-ero∝Iy
含砂量：Vcor-ero∝wz
式中，Vcor-ero为冲蚀-腐蚀速率，T为温度；PCo2为CO2分压；v为腐蚀介质流速；w为含砂量；I为砂粒粒径；b,z,y,x分别为相关系数。
所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，优选地，建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型的方法为：
提出防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀速率预测模型为：
Figure BDA0003570164830000033
式中，Vcor-ero为防砂筛管的冲蚀-腐蚀速率，与筛网损失速率相同；v为腐蚀介质流速；PCO2为CO2分压；w为含砂量；I为砂粒粒径；b,z,y,x分别为相关系数；
利用多元线性回归分析确定待定系数；建立的考虑温度、CO2分压、流速、粒径和含砂量影响的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型为：
Figure BDA0003570164830000041
所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，优选地，引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀-腐蚀损失评估方法的方法为：
基于防砂筛管的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型，引入筛网临界损坏厚度的40％作为防砂筛管失效判据，建立防砂筛管冲蚀-腐蚀寿命预测模型为：
Figure BDA0003570164830000042
式中，T为防砂筛管预测寿命；C0为筛网临界损坏厚度，一般取筛网厚度的40％；Vcor-ero为筛网损失速率；f为筛网层数；R为筛网堵塞伤害时间系数，与实际生产过程中地层砂对筛网的堵塞有关，一般取70％～80％。
本发明还提供一种深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价装置，包括：
第一处理单元，用于确定实验方法，所述实验方法包括腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验，得到冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系；
第二处理单元，用于依据上述实验中冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系，通过单一冲蚀模型和腐蚀模型与因素关系相印证，进而得出单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系；
第三处理单元，用于依据单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系，建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型；
第四处理单元，用于依据防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型，引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀-腐蚀损失评估方法。
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法步骤。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
本发明通过实验方法和通过构建防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合速率模型，结合相应的影响规律，可准确掌控不同出砂和生产状况下的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合损失情况；
本发明解决了目前防砂筛管冲蚀和腐蚀研究未考虑相互之间的耦合作用，建立了考虑CO2分压、温度、流速、含砂量和砂粒粒径影响的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型，进一步开展深水气井防砂筛管优选和防砂筛管寿命预测，为两者提供了一种研究方法和理论依据。
附图说明
图1为旋转差速冲蚀腐蚀模拟实验装置结构示意图；
图2为筛网挂片模型结构示意图。
图中各附图标记为：
1-反应釜；2-釜盖；3-进气装置；4-进气管路；5-出气管路；6-加热带；7-搅拌件；8-电机；9-压力计；10-温度计；11-筛网挂片；12-底座卡槽。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
本发明提供一种深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，首先确定实验方法，实验包括腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验；紧接着研究防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合规律，建立防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合速率模型；紧接着引入临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，形成了一种深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合损失评估方法。本发明能够对防砂筛管冲蚀和腐蚀研究相互之间进行耦合研究。
本发明提供的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，包括如下步骤：
1)确定实验方法，所述实验包方法括腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验，得到冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系；
具体的，实验方法如下：
1.1)确定腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验的实验方案，所述实验方案为三因素四水平腐蚀实验(CO2分压×温度×流速)、三因素四水平冲蚀实验(含砂量×砂粒粒径×流速)和五因素四水平冲蚀-腐蚀耦合实验，通过对筛网挂片试样进行实验得到试样的质量损失值；其中，各因素及其水平见表1：
表1冲蚀腐蚀实验因素及其水平
Figure BDA0003570164830000051
1.2)根据Salama多相流模型中砂粒流速与实验流体介质流速的定量关系确定气体流速等效液体流速关系为式1所示，将液体流速转换为气体流速：
Figure BDA0003570164830000061
式中，Vl为腐蚀介质表观速度；Vg为天然气的表观速度；ρl为腐蚀介质密度；ρg为天然气密度；μl为腐蚀介质黏度；μg为天然气黏度。
1.3)计算筛网挂片表面积A，通过试样的质量损失值计算试样损失速率的质量表征并计算筛网损失速率Vcor-ero的深度表征，所述筛网损失速率Vcor-ero的深度表征即为冲蚀-腐蚀耦合速率；
a.筛网挂片表面积计算方法：
实验选用316L钢材质筛网挂片，根据挂片形状计算其表面积；筛网结构为经全包斜纹编织，筛网挂片模型如图2所示，由此，通过公式(2)计算筛网挂片表面积A：
Figure BDA0003570164830000062
式中，A为筛网挂片表面积；n1为经丝根数；d为筛网挂片宽度；L1为经丝长度；n2为纬丝根数；D为丝径；L2为纬丝长度；l为经孔距；c为筛网挂片厚度。
b.筛网损失速率计算方法:
通过公式(3)计算试样损失速率的质量表征为：
Figure BDA0003570164830000063
式中，V-为试样损失速率；m0为试样的初始重量；m1为清除冲蚀-腐蚀产物后的试样重量；A0为试样的表面积，与筛网挂片表面积A相同；t为实验时间；
通过公式(4)计算筛网损失速率Vcor-ero的深度表征为：
Figure BDA0003570164830000064
式中，Vcor-ero为筛网损失速率；ρ为试样的密度。
1.4)使用旋转差速冲蚀-腐蚀模拟实验装置进行实验，得出冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系。
其中，旋转差速冲蚀-腐蚀模拟实验装置如图1所示，反应釜1顶部通过釜盖2密封，进气装置3通过进气管路4由釜盖2伸入反应釜1内，用于对反应釜进行通气，反应后的气体通过出气管路5流出，反应釜1两侧设置有加热带6，反应釜1内部还设置有搅拌件7，搅拌件7顶部穿过釜盖与电机8连接；压力计9和温度计10分别伸入反应釜1内，图中，筛网挂片11通过设置于反应釜底部的挂片底座卡槽12固定，通过电磁耦合进行流体搅拌，通过叶片高速旋转，带动腐蚀介质中砂粒模拟对固定挂片的冲击和冲蚀作用。
步骤二：依据上述实验中冲蚀腐蚀速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系，通过单一冲蚀模型和腐蚀模型与因素关系相印证，进而得出单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系；
通过实验得到各因素对冲蚀-腐蚀速率的实验规律，根据腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验规律分别对CO2分压、温度、流速、粒径和含砂量与冲蚀-腐蚀耦合速率间的定量关系进行分析，得到的单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系如表2所示。
表2冲蚀-腐蚀耦合速率与各因素的实验关系
Figure BDA0003570164830000071
其中，Vcor-ero为冲蚀-腐蚀速率，T为温度；PCO2为CO2分压；v为腐蚀介质流速；w为含砂量；I为砂粒粒径；b,z,y,x分别为相关系数。
需要说明的是：传统单项模型中损失速率与各因素关系为：
①传统腐蚀模型腐蚀速率与各因素关系：
提取Norsok模型、De Waard模型和B.Mishra模型中腐蚀速率与各因素关系。传统腐蚀模型中腐蚀速率与各因素关系如表3所示。
表3传统腐蚀模型中腐蚀速率与各因素关系
Figure BDA0003570164830000072
Figure BDA0003570164830000081
②传统冲蚀模型冲蚀速率与各因素关系：
提取变形磨损理论、微切削理论、弹塑性压痕破裂理论、锻压挤压理论模型中冲蚀速率与各因素关系，传统冲蚀型中冲蚀速率与各因素关系如表4所示。
表4传统冲蚀模型中冲蚀速率与各因素关系
Figure BDA0003570164830000082
步骤三：建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型；
与已有经典的单一冲蚀模型和腐蚀模型与因素关系相印证，提出防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀腐蚀速率预测模型为：
Figure BDA0003570164830000083
式中，Vcor-ero为筛管的冲蚀腐蚀速率，与筛网的损失速率相同；v为腐蚀介质流速；PCO2为CO2分压；w为含砂量；I为砂粒粒径；b,z,y,x分别为相关系数；
利用多元线性回归分析确定待定系数；建立的考虑温度、CO2分压、流速、粒径和含砂量影响的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型为：
Figure BDA0003570164830000084
步骤四：引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀-腐蚀损失评估方法：
基于筛管冲蚀-腐蚀耦合速率模型，引入筛网临界损坏厚度的40％作为防砂筛管失效判据，建立筛管冲蚀-腐蚀寿命预测模型为：
Figure BDA0003570164830000085
式中，T为防砂筛管预测寿命；C0为筛网临界损坏厚度，一般取筛网厚度的40％；Vcor-ero为筛网损失速率；f为筛网层数；R为筛网堵塞伤害时间系数，与实际生产过程中地层砂对筛网的堵塞有关，一般取70％～80％。
实施例1：
某气田地层温度80～93℃，CO2含量0.15％～1.8％，日产气量为30～193m3，腐蚀介质密度为1048kg/m3，运动黏度1.01mPa·s，天然气密度为0.7174kg/m3，运动黏度0.1mPa·s，砂粒密度为2650kg/m3，所选用筛管筛网材质为316L不锈钢，材料密度为7.98g/cm3，挡砂精度为120μm。设定筛网临界损坏厚度为0.48mm，为其厚度的40％，筛网层数为2层，筛网堵塞伤害时间系数80％。
结合冲蚀腐蚀速率预测模型，得到筛网的平均冲蚀-腐蚀耦合速率，再根据筛管冲蚀-腐蚀寿命预测模型计算得到筛管寿命，如表5所示：
表5各生产井的筛管寿命预测结果
Figure BDA0003570164830000091
本发明还提供一种深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价装置，包括：
第一处理单元，用于确定实验方法，所述实验方法包括腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验，得到冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系；
第二处理单元，用于依据上述实验中冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系，通过单一冲蚀模型和腐蚀模型与因素关系相印证，进而得出单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系；
第三处理单元，用于依据单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系，建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型；
第四处理单元，用于依据防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型，引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀-腐蚀损失评估方法。
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法步骤。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定实验方法，所述实验方法包括腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验，得到冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系；
依据上述实验中冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系，通过单一冲蚀模型和腐蚀模型与因素关系相印证，进而得出单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系；
依据单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系，建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型；
依据防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型，引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀-腐蚀损失评估方法。
2.根据权利要求1所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，所述确定实验方法包括如下步骤：
确定腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验的实验方案，所述实验方案为三因素四水平腐蚀实验、三因素四水平冲蚀实验和五因素四水平冲蚀-腐蚀耦合实验，通过对筛网挂片试样进行实验得到试样的质量损失值；
根据Salama多相流模型中砂粒流速与实验流体介质流速的定量关系确定气体流速等效液体流速关系，将液体流速转换为气体流速；
计算筛网挂片表面积A，通过试样的质量损失值计算试样损失速率的质量表征并计算筛网损失速率Vcor-ero的深度表征，所述筛网损失速率Vcor-ero的深度表征即为冲蚀-腐蚀耦合速率；
使用旋转差速冲蚀-腐蚀模拟实验装置对筛网挂片试样进行实验，得出冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系。
3.根据权利要求2所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，气体流速等效液体流速关系为：
Figure FDA0003570164820000011
式中，Vl为腐蚀介质表观速度；Vg为天然气的表观速度；ρl为腐蚀介质密度；ρg为天然气密度；μl为腐蚀介质黏度；μg为天然气黏度。
4.根据权利要求2所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，通过公式(2)计算筛网挂片表面积A：
Figure FDA0003570164820000021
式中，A为筛网挂片表面积；n1为经丝根数；d为筛网挂片宽度；L1为经丝长度；n2为纬丝根数；D为丝径；L2为纬丝长度；l为经孔距；c为筛网挂片厚度。
5.根据权利要求4所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，所述筛网损失速率Vcor-ero的深度表征的计算方法为：
通过公式(3)计算试样损失速率的质量表征为：
Figure FDA0003570164820000022
式中，V-为试样损失速率；m0为试样的初始重量；m1为清除冲蚀-腐蚀产物后的试样重量；A0为试样的表面积，与筛网挂片表面积A相同；t为实验时间；
通过公式(4)计算筛网损失速率Vcor-ero的深度表征为：
Figure FDA0003570164820000023
式中，Vcor-ero为筛网损失速率；ρ为试样的密度。
6.根据权利要求5所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系为：
Figure FDA0003570164820000024
式中，Vcor-ero为冲蚀-腐蚀速率，T为温度；PCO2为CO2分压；v为腐蚀介质流速；w为含砂量；I为砂粒粒径；b,z,y,x分别为相关系数。
7.根据权利要求1所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型的方法为：
提出防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀速率预测模型为：
Figure FDA0003570164820000025
式中，Vcor-ero为防砂筛管的冲蚀-腐蚀速率，与筛网损失速率相同；v为腐蚀介质流速；PCO2为CO2分压；w为含砂量；I为砂粒粒径；b,z,y,x分别为相关系数；
利用多元线性回归分析确定待定系数；建立的考虑温度、CO2分压、流速、粒径和含砂量影响的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型为：
Figure FDA0003570164820000031
8.根据权利要求1所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法，其特征在于，引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀-腐蚀损失评估方法的方法为：
基于防砂筛管的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型，引入筛网临界损坏厚度的40％作为防砂筛管失效判据，建立防砂筛管冲蚀-腐蚀寿命预测模型为：
Figure FDA0003570164820000032
式中，T为防砂筛管预测寿命；C0为筛网临界损坏厚度，一般取筛网厚度的40％；Vcor-ero为筛网损失速率；f为筛网层数；R为筛网堵塞伤害时间系数，与实际生产过程中地层砂对筛网的堵塞有关，一般取70％～80％。
9.一种深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价装置，其特征在于，包括：
第一处理单元，用于确定实验方法，所述实验方法包括腐蚀、冲蚀和冲蚀-腐蚀耦合实验，得到冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系；
第二处理单元，用于依据上述实验中冲蚀-腐蚀耦合速率与温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的各因素的关系，通过单一冲蚀模型和腐蚀模型与因素关系相印证，进而得出单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系；
第三处理单元，用于依据单因素与冲蚀-腐蚀耦合速率的关系，建立防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型；
第四处理单元，用于依据防砂筛管在不同温度、CO2分压、流速、粒径及含砂量的冲蚀-腐蚀耦合速率预测模型，引入防砂筛管临界损坏厚度作为防砂筛管失效判据，进而建立防砂筛管冲蚀-腐蚀损失评估方法。
10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-8中任一项所述的深水气井防砂筛管冲蚀-腐蚀耦合失效评价方法步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115290432A (zh) * 2022-08-07 2022-11-04 西南石油大学 一种射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损伤评价方法
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