南海高温高压气藏机械防砂筛管动态腐蚀评价实验研究

机械防砂筛管腐蚀寿命评价及筛管评价优选对于高温高压气藏尤为重要,目前以静态金属挂片腐蚀实验为主要手段的筛管腐蚀评价难以适应气藏的动态生产条件。针对该问题,利用防砂筛管动态腐蚀评价系统,基于南海某高温高压气藏温度、压力和流体条件,对典型的机械防砂筛管的基管、挡砂介质(多层滤网、烧结纤维、绕丝筛板、泡沫金属镍)和外保护罩组件进行了动态腐蚀评价实验。结果表明:典型高温高压气藏条件下,N80钢基管为中度腐蚀,深度腐蚀速率为0. 073 8 mm/a,316L钢多层滤网挡砂介质为轻度腐蚀,深度腐蚀速率为0. 017 4mm/a,304钢外保护罩腐蚀程度介于两者之间,深度腐蚀速率为0. 029 3 mm/a;筛管各组件的质量腐蚀速率随CO_2分压增大而加快,三者的质量腐蚀速率在CO_2分压超过7. 0 MPa后差异更明显;各组件质量腐蚀速率随温度升高先上升后下降,在温度为120～140℃时达到最高质量腐蚀速率;水气比增加会加快腐蚀。多层滤网、绕丝筛板、烧结纤维和泡沫金属镍4种典型的挡砂介质的深度腐蚀速率分别为0. 017 4、0. 030 6、0. 010 5、0. 005 8 mm/a,差异明显。延长筛管腐蚀寿命的主要途径为选择合适的筛管类型和介质类型、优化筛管结构参数、改变外保护罩和基管的材料等。动态腐蚀寿命评价方法为不同油气储层的机械防砂筛管及井下工具的腐蚀评价和寿命预测提供了更加可靠的手段。     

热采条件下机械防砂筛管挡砂精度模拟分析

在对稠油热采出砂井进行防砂设计时,没有考虑温度、初始挡砂精度、挡砂介质材料和编制滤网金属丝直径对机械防砂筛管挡砂精度的影响。通过分析常用机械防砂筛管——割缝衬管、绕丝筛管和复合筛管挡砂介质的结构,建立了筛管挡砂精度的物理模型,基于筛管受热变形建立了筛管挡砂精度的数学模型。结果表明:割缝衬管和绕丝筛管挡砂精度变化规律相同,均随着温度的升高而增加,造成实际挡砂精度比设计挡砂精度偏大;普通编制滤网复合筛管挡砂精度随着温度的升高而降低,造成实际挡砂精度比设计挡砂精度偏小;密纹编制滤网复合筛管挡砂精度变化规律比较复杂,在初始挡砂精度确定的情况下,需要具体分析不同直径的金属丝,才能确定挡砂精度的变化规律。该研究成果对热采出砂井防砂设计有一定的指导意义。     

出砂气藏水平井筛管冲蚀损坏机理及抗冲蚀能力的提高

为了解决出砂气藏水平井存在的筛管冲蚀问题,针对常用的多层滤网复合精密筛管,利用创新研制的水平井筒封闭空间筛管冲蚀模拟系统,开展了筛管冲蚀损坏机理及规律实验。实验结果表明,气体携砂条件下的多层金属滤网复合筛管冲蚀破坏分为保护罩正面啃噬以及侧向滤网冲蚀损坏2种机理。交错冲缝式的外保护罩正面抗冲蚀能力较强,但侧向抗冲蚀能力极弱。筛管金属滤网介质的冲蚀损坏速度约是外保护罩的2~3倍。另外,基于冲蚀机理提出了新型双层弧形交错互补冲缝的结构,研究构建了非均质气藏水平井高冲蚀风险位置识别方法,以及分级、分段提高全井段管柱抗冲蚀能力的优化设计。新型高抗冲蚀能力外保护罩在兼顾经济性的同时,为出砂气藏水平井的防砂管柱冲蚀问题提供了可靠易行的解决方案,一定程度上提升了天然气藏防砂管柱的服务期限和开发效果。     

井楼油田砾石充填防砂参数优化实验研究

砾石层和机械筛管是砾石充填防砂的关键组成部分,其类型和性能决定了挡砂效果和防砂井产能。井楼油田井楼7区块油藏出砂严重,为优选砾石层充填方式和机械防砂筛管精度,使用挡砂介质性能评价装置,模拟现场条件对3种砾石层及8种不同筛管样本进行挡砂介质性能评价实验。根据动态实验数据计算得到挡砂介质的流通性能、挡砂性能、抗堵塞性能的量化评价指标,并针对井楼7区块进行了砾石充填防砂参数优选。     

膨胀式防砂筛管完井技术及现场应用

膨胀式防砂筛管（ESS）完井技术是近年来发展的一项防砂完井新技术。膨胀式防砂筛管由膨胀式割缝基管、相互重叠的金属滤网和膨胀式割缝保护套构成。其基本原理是在井下通过膨胀工具冷挤压作用使膨胀式筛管变形到所需尺寸,起到支撑井壁和挡砂的作用。文章介绍了膨胀式筛管完井管柱结构及功能,分析了膨胀式防砂筛管完井技术在新疆油田B705井应用的必要性及现场应用情况。B705井是国内陆上油田首次应用膨胀式防砂筛管完井技术的试验井,现场应用表明这项技术工艺上是可行的。     

形状记忆筛管自充填防砂完井技术

针对独立筛管防砂完井无法支撑井壁、有效期短的问题,以及砾石充填防砂完井工艺复杂、易砂堵、费用高的不足,提出了利用一趟管柱实现长裸眼环空充填的形状记忆筛管完井技术。在优化设计形状记忆筛管机械结构的基础上,研究了形状记忆筛管生产工艺,研制了形状记忆防砂筛管,并对其性能进行了试验评价,形成了形状记忆筛管自充填防砂完井工艺。现场试验结果表明,形状记忆防砂筛管膨胀性能优越、能完全充填环空和炮眼,且膨胀后的渗透性好、挡砂精度高。形状记忆筛管自充填防砂完井技术施工工艺简单、能适应不规则井眼,具有很好的推广应用价值。      

番禺气田水平井防砂工艺技术

番禺气田是南海珠江口盆地发现的一个大型气田,为充分发挥气井产能,降低开发成本和作业风险,针对该气田开发方案、气藏类型、储层物性、流体特征、储层保护等特点和要求,对防砂完井方式、筛管挡砂精度、盲管和筛管组合及筛管尺寸等工艺技术进行了优化研究。最终采用了裸眼下优质筛管防砂完井方式·确定了各锗气层的筛管挡砂精度及筛管盲管组合方式,在A07H井、A08H井等8口井的现场应用中,取得了良好效果,对今后气田水平井防砂具有较好的借鉴意义。     

新型陶瓷筛管在克深气藏出砂气井中的适用性分析

克深气藏储层埋藏深、高温、高压、高含CO₂腐蚀气体,气井井下高产和高冲蚀,在气井出砂后使用常规金属筛管难以满足其防砂需求。通过对国外相似出砂油气井防砂案例分析,优选出新型陶瓷筛管并针对克深气藏气井井下CO₂腐蚀、酸液腐蚀、出砂冲蚀进行了适用性及下入可行性分析,结果表明:新型陶瓷筛管能够满足克深区块高温、高含CO₂、强酸腐蚀环境及高速携砂流体冲蚀下的防砂要求;现有陶瓷筛缝尺寸能够满足克深气藏砂岩储层挡砂精度要求;陶瓷筛管整体结构简单,下入后完井表皮因数低,能满足克深区块对于增产改造的要求;陶瓷筛管的机械强度能够承受克深井下围压,且具有良好的抗曲性能,可满足超深气井的下入可行性要求。研究认为,该新型陶瓷筛管在抗高冲蚀、抗高温、抗腐蚀和低完井表皮因数方面具有优势,其在克深气藏防砂完井中应用前景广阔。     

川西高温高压气井完井工艺技术

川西深层须家河组气藏地层压力70MPa～90MPa，地层温度90℃～140℃，具有高温高压的地质属性，有的还含有H2S、CO2等腐蚀气体，腐蚀分压值高，对油井管、井口装置的要求极为严格。从川西深层工程地质条件着手，介绍了该地区井身结构和完井方式，总结了通过十余年的实践而形成的川西高温高压气井完井工艺技术，包括油井管与井口装置配套技术、尾管悬挂回接与防气窜固井技术、油管传输射孔技术与永久式封隔器1次完井技术。该技术为类似的气井完井提供有益的参考。     

挡砂介质变形及挡砂精度变化规律研究

关于挡砂介质在热采条件下的变形特性以及对挡砂精度的影响规律少有研究。为此,分析了挡砂介质的主要结构类型以及不同金属材料在高温下的线膨胀系数的变化规律;以此为基础,分析割缝缝隙类、绕丝缝隙类和金属滤网类这3种挡砂介质的几何结构模型,建立了高温条件下的介质变形特性及挡砂精度预测模型,分析了不同结构参数下筛管挡砂精度变化规律。分析结果表明:随着温度升高,完全约束条件下的割缝衬管和绕丝筛管的挡砂精度明显降低;360℃条件下绕丝筛管挡砂精度降低幅度小于5%,而割缝衬管挡砂精度降低幅度高达25%,并且割缝间距越大,挡砂精度降低幅度越大;随温度上升,滤网类筛管挡砂精度取决于滤网金属丝直径和原始网孔的相对大小,但变化幅度不超过1%。研究结果可为热采井防砂设计提供指导。     

海上W油田 32ＣｒＭｏ钢射孔枪腐蚀行为实验研究

针对32CrMo钢射孔枪在高含二氧化碳气体分压井筒中的腐蚀问题,利用高温高压釜开展腐蚀实验,对腐蚀产物膜进行理化特征分析,研究了温度,二氧化碳分压,流速和含水率等因素对 32CrMo 钢腐蚀速率的影响｡结果表明,40℃温度条件下,32CrMo钢腐蚀产物膜为单层结构,对基体的保护作用较弱;80℃时,腐蚀产物膜为双层结构,对腐蚀介质有一定的屏蔽阻挡作用;130℃时,上层产物膜规则致密,对基体的防腐保护作用进一步增强｡32CrMo钢的腐蚀速率随温度升高呈下降趋势,随二氧化碳分压的升高呈对数关系增加,随流速的增大呈线性增加,随腐蚀介质含水率的升高而急剧增加｡基于实验结果,建立了多因素综合腐蚀速率工程预测模型,为工程上32CrMo钢腐蚀速率评价提供参考｡     

N80油管在模拟凝析气田多相流环境中的CO_2腐蚀行为研究

针对凝析油气藏CO2腐蚀工况,利用高压反应釜开展了N80碳钢油管在模拟凝析油-矿化水-CO2多相流环境中的动态腐蚀试验。采用腐蚀失重、SEM和XRD分析测试方法,研究了温度、含水率及CO2分压等因素对N80油管腐蚀速率的影响规律。在高压反应釜模拟凝析油-矿化水-CO2多相流环境中的研究结果表明,N80油管试样腐蚀行为受凝析油在试样表面浸润吸附程度和模拟多相流产生的气泡腐蚀的控制,其宏观腐蚀形貌具有鳞片状不均匀腐蚀特征;在CO2分压0.3 MPa、含水率60%条件下,腐蚀速率随温度增加而减小;在CO2分压0.3 MPa、介质温度60℃条件下,腐蚀速率随含水率增加而增大;在介质温度30℃、含水率60%条件下,腐蚀速率随CO2分压增加而增大。     

基于神经网络的高含硫气田L360钢腐蚀速率预测

高含硫气田地面集输系统广泛使用L360钢,由于腐蚀因素的多样性及协同效应,其腐蚀速率预测一直是个难题。文章介绍了不同腐蚀因素对L360钢腐蚀速率的影响。随着H2S和CO2压力的增高,腐蚀速率先降后升,在H2S和CO2压力为1.00和0.67 MPa时达到最小值;随Cl-质量浓度的升高,腐蚀速率增大,但当Cl-质量浓度高于40 g/L后,腐蚀速率反而降低;随着温度的升高,腐蚀速率增大,当温度超过70℃后,腐蚀速率反而降低。建立了三层结构BP神经网络模型,输入层有6个神经元,分别代表H2S,CO2分压、Cl-质量浓度、温度、流速和沉积硫6种腐蚀影响因素,隐层神经元数目为8个,输出层神经元数目为1个,代表腐蚀速率。结果表明,L360钢在试验水中的平均腐蚀速率的预测最大误差在15.9%以内,可以满足工程应用要求。     

P110碳钢在C02多相流介质中的腐蚀特征

采用腐蚀失重、扫描电镜和X射线衍射分析测试方法,研究了在模拟油水气多相流环境中温度、CO2分压及含水率等因素对P110碳钢油套管材料腐蚀速率的影响规律。研究结果表明,在P110碳钢模拟油水气多相流环境中的宏观腐蚀形貌具有鳞片状不均匀腐蚀特征。在CO2分压为0．3MPa,水的质量分数为60％的条件下P110碳钢的腐蚀速率随温度增加而减小;在CO2分压为0．3MPa,温度为60℃的条件下P110碳钢的腐蚀速率随含水率增加而增大;在温度30℃,水的质量分数为60％的条件下P110碳钢的腐蚀速率随CO2分压增加而增大。     

蒸汽吞吐水平井精密微孔滤砂管完井参数设计

精密微孔滤砂管在蒸汽吞吐水平井中得到了广泛应用,但对其理论模型研究很少。耦合水平井蒸汽注入阶段、焖井阶段、生产阶段的传热与传质模型,建立了稠油蒸汽吞吐水平井精密微孔滤砂管完井参数设计模型。研究了筛管外径、筛孔直径、筛孔密度、圆周筛孔数对水平井IPR曲线的影响和吞吐周期内井筒压降的变化规律。研究结果表明,水平井产能随着筛管外径、筛孔直径、筛孔密度的增大而增大,且变化趋于平缓;筛孔密度、圆周筛孔数对水平井产能影响较大;随着温度降低,井筒压降对筛管外径敏感性增强。与现场水平井生产效果对比表明,该模型具有较高精度,为蒸汽吞吐水平井精密微孔滤砂管完井设计与效果预测提供了分析模型。     

5Cr套管钢在不同CO2分压下高温高压腐蚀特性研究

为了研究5Cr套管钢在不同CO₂分压下的腐蚀特性,进行了5Cr套管钢高温高压腐蚀失重和高温高压电化学试验,并采用XRD、SEM和EDS等手段对其腐蚀产物进行微观分析。结果表明,在高温高压腐蚀环境下随着CO₂分压从低到高,其表面点蚀坑的深度和直径均无明显变化,而点蚀速率则出现逐渐减小的趋势;其腐蚀产物膜由Cr(OH)₃、FeCO₃和CaCO₃共同组成,且随着CO₂分压的升高Cr的富集量逐渐增加;在电化学测试中,随着CO₂分压的不断升高,5Cr套管钢表现出半钝化特征,产物膜逐渐增厚且致密,且极化电阻逐渐增大,阳极反应受到抑制,电化学反应阻力增大,其抗局部腐蚀能力不断提高。     

油井防砂筛管适应性试验评价方法研究

防砂筛管的种类繁多,选择合适的筛管类型、确定合理的筛管参数是机械防砂工艺设计的关键。提出了针对特定区块或油井进行筛管适应性评价的试验方法和筛管性能评价方法,并给出了试验结果的数学计算方法,建立了一套油井防砂筛管适应性试验评价方法。该方法能够定量反映筛管在特定储层条件下的过流性能、挡砂性能、挡砂粒径、抗堵塞性能和综合性能,为筛管优选和参数优化设计提供了更加准确、直观的指导。实际应用表明,该方法合理可行。     

温度对VM110SS套管钢在酸性环境中腐蚀行为的影响

模拟川东某气田气井封隔器失效后套管面临的腐蚀环境,利用自制高温高压釜进行VM110SS套管钢在总压18MPa、CO2分压0.54MPa、H2S分压0.41MPa、温度30~150℃条件下的腐蚀实验,得出了该气井工况下温度对VM110SS套管钢腐蚀速率的影响。采用扫描电镜和电子能谱分析方法对试样表面腐蚀产物形貌及成分进行分析。结果表明,VM110SS钢的平均腐蚀速率随温度的升高呈现先增大后减小的规律,气液相腐蚀速率最大值出现在90℃。在90℃气相中腐蚀速率为0.838mm/a、液相中腐蚀速率为1.130mm/a,发生极严重腐蚀。所有实验温度条件下,试样均发生均匀腐蚀,且腐蚀产物以硫铁化合物为主。本实验为酸性气田在不同井深及温度条件下套管的腐蚀状况评估提供了参考。     

对二甲苯微量杂质及纯度测定方法比较及优化

利用高温高压反应釜研究了3Cr钢在模拟中海油CO2环境中的腐蚀行为。在温度60℃、p(CO2)1.5MPa及介质流速为1m/s时,两组3Cr钢均呈现较严重的均匀腐蚀,平均腐蚀速率分别达到3.85mm/a和3.24mm/a。结合SEM和EDS分析手段研究了3Cr钢的CO2腐蚀产物。结果表明,其外层结构主要是堆垛疏松、附着力弱的FeCO3晶粒,内层为富Cr产物膜。