專利名稱：一種氣體鉆井沖蝕實驗方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于石油天然氣鉆井領域的一種氣體鉆井沖蝕實驗方法。
技術背景
目前，按循環(huán)介質的不同，氣體鉆井可分為純氣體鉆井(空氣、氮氣、天然氣、二氧化碳、煙道氣、柴油機尾氣等)、霧化鉆井、泡沫鉆井和充氣鉆井。氣體鉆井本身使用的循環(huán)介質就不可避免地存在氧或二氧化碳腐蝕問題，而且環(huán)空巖屑返速比普通鉆井高。此外， 在鉆井過程中可能會鉆遇地質條件苛刻地層(如地層研磨性強、水層多、富含酸性氣體等)。 在上述因素共同作用下，必然會導致氣體鉆井過程中鉆具管材失效，地面設備(如壓縮機、 閥門)、管線沖蝕嚴重。如川東北地區(qū)氣體鉆井現(xiàn)場統(tǒng)計資料表明，氣體鉆井鉆具的沖蝕失效情況遠比常規(guī)鉆井液鉆井嚴重，氣體鉆井時鉆具的壽命僅為常規(guī)鉆井液鉆井的1/3 1/5 ； 伊朗TABNAK氣田空氣鉆井中由于高密度氧氣、地層水的腐蝕以及高速氣流攜帶鉆屑的沖蝕，導致隨鉆震擊器的失效；四川地區(qū)的柴油機尾氣鉆井中由于尾氣含有氧、二氧化碳、水蒸汽、固體粉末，在腐蝕/沖蝕共同作用下，引起地面壓縮機閥片失效、井下鉆桿嚴重腐蝕。
目前的沖蝕實驗裝置及方法中，存在沖蝕速率較低，不能滿足氣體鉆井環(huán)空返速要求及不能模擬氣體鉆井實際工況這一現(xiàn)實難題。發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種氣體鉆井沖蝕實驗方法，能完成模擬各種氣體鉆井介質的沖蝕實驗；通過溫度、壓力監(jiān)測可達到模擬井下高溫高壓環(huán)境的目的。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是本發(fā)明一種氣體鉆井沖蝕實驗方法，包括如下步驟1.首先通過沖蝕介質供給系統(tǒng)提供沖蝕介質(包括純氣體、霧化液、泡沫或充氣泥漿)；2.然后通過加熱系統(tǒng)給沖蝕介質升溫 (可升溫到120°C)，達到模擬井下高溫環(huán)境的目的；3.通過取樣器實時監(jiān)測沖蝕介質參數(shù) (如泡沫質量、半衰期、溫度、壓力、密度等)。4.最后通過調節(jié)沖蝕系統(tǒng)中噴嘴尺寸和金屬檔板的傾斜幅度完成沖蝕實驗。
所述沖蝕介質供給系統(tǒng)由基液罐、截止閥、計量泵、流量計依序安裝，并與由空壓機、放空閥、貯氣罐、截止閥、流量計、截止閥依序連接成的供氣裝置組成；所述加熱系統(tǒng)由電纜伴熱管、熱電偶溫度計、截止閥、取樣器依序連接組成；所述沖蝕系統(tǒng)由沖蝕室和安裝在沖蝕室頂部的沖蝕噴嘴組成。
本發(fā)明的有益效果是1.通過本實驗步驟可完成模擬各種氣體鉆井介質的沖蝕實驗；2.通過溫度、壓力監(jiān)測可達到模擬井下高溫高壓環(huán)境的目的；通過更換不同孔徑的噴嘴可改變流體沖蝕速率；通過調節(jié)金屬檔板的傾斜幅度可改變沖蝕角。


附圖1為本發(fā)明一種氣體鉆井沖蝕實驗方法中使用的實驗裝置示意圖。附圖2為本發(fā)明一種氣體鉆井沖蝕實驗方法的流程框圖。附圖3為本發(fā)明金屬掛片在金屬擋板上的布置示意圖。附圖4為本發(fā)明沖蝕室示意圖。附圖5為本發(fā)明一種氣體鉆井沖蝕實驗方法的噴嘴示意圖。圖中1.基液罐，2.截止閥，3.計量泵，4.流量計，5.空壓機，6.放空閥，7.貯氣罐，8.截止閥，9.流量計9，10.截止閥，11.泡沫發(fā)生器，12.壓力表，13.截止閥，14.加砂裝置，15.電纜伴熱管，16.熱電偶溫度計，17.截止閥，18.取樣器，19.流量計，20.壓力表， 21.截止閥，22.沖蝕噴嘴，23.金屬掛片，24.金屬擋板，25.除砂擋板，26.排屑口，27.沖蝕室，28.離心泵，29.截止閥，30.螺栓。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本發(fā)明一種氣體鉆井沖蝕實驗方法，包括如下步驟①.首先通過沖蝕介質供給系統(tǒng)提供沖蝕介質(包括純氣體、霧化液、泡沫或充氣泥漿)；所述沖蝕介質供給系統(tǒng)由基液罐1、截止閥2、計量泵3、流量計4依序安裝，并與由空壓機5、放空閥6、貯氣罐7、截止閥8、流量計9、截止閥10依序連接成的供氣裝置組成。通過沖蝕介質供給系統(tǒng)產(chǎn)生的氣液混合流進入泡沫發(fā)生器11。泡沫發(fā)生器11出口端安裝有壓力表12、截止閥13和加砂裝置14。通過調節(jié)空壓機5的供氣量以及進入泡沫發(fā)生器11 的氣液比，可達到模擬氣體鉆井壓力環(huán)境的目的。通過控制加砂裝置14的加砂量，可達到模擬氣體鉆井產(chǎn)生的鉆屑量；
②.然后通過加熱系統(tǒng)給沖蝕介質升溫(可升溫到120°C)，達到模擬井下高溫環(huán)境的目的；從加砂裝置14流出的沖蝕介質進入加熱系統(tǒng)。所述加熱系統(tǒng)由電纜伴熱管15、熱電偶溫度計16、截止閥17組成。通過調節(jié)電纜伴熱管15溫度來模擬井下高溫環(huán)境；
③.通過取樣器實時監(jiān)測沖蝕介質參數(shù)(如泡沫質量、半衰期、溫度、壓力、密度等)；取樣器18的出口端安裝有流量計19、壓力表20和截止閥21。取樣器18可用來實時監(jiān)測沖蝕介質參數(shù)(如泡沫質量、半衰期、溫度、壓力、密度等)；
④.最后通過調節(jié)沖蝕系統(tǒng)中噴嘴尺寸和金屬檔板的傾斜幅度完成沖蝕實驗；從截止閥21流出的高溫、高壓沖蝕介質進入沖蝕系統(tǒng)。所述沖蝕系統(tǒng)由沖蝕室27和安裝在沖蝕室頂部的沖蝕噴嘴22組成。沖蝕噴嘴22下端安裝有與沖蝕噴嘴數(shù)量相同的金屬掛片23， 金屬掛片23的前后兩端用螺栓30連接在金屬擋板M表面，金屬擋板M的左右兩端焊接在沖蝕室27左右壁面，沖蝕室27下部安裝有傾斜的除砂擋板25，依靠重力作用除砂，砂粒通過排屑口沈排出。沖蝕介質以一定流速通過沖蝕噴嘴22噴出，沖刷金屬擋板M上面的金屬掛片23，通過更換不同孔徑的沖蝕噴嘴22可改變流體沖蝕速率，更換的沖蝕噴嘴22內徑為0.2-5mm。通過調節(jié)金屬擋板M的傾斜幅度可改變沖蝕角，傾斜幅度最大為45°。也可以通過更換沖蝕噴嘴22內徑為0. 1-5. 5mm,以改變流體沖蝕速率。沖蝕實驗完成后的流體從沖蝕室27底部，經(jīng)離心泵觀、截止閥29，回流到基液罐 1，根據(jù)實際需要實現(xiàn)沖蝕介質的循環(huán)利用。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1空氣泡沫流體沖蝕實驗方法
在基液罐1中預先配制一定質量濃度的穩(wěn)定泡沫，泡沫基液配方為0.6%K12 (主要成分為十二烷基硫酸鈉)+0. 2)(C (生物聚合物)+0. 2%HV-CMC (高粘羧甲基纖維素)+自來水。 泡沫基液由截止閥2、離心泵3、流量計4進入孔隙式泡沫發(fā)生器11，空氣經(jīng)由空壓機5、貯氣罐7、截止閥8、流量計9、截止閥10進入孔隙式泡沫發(fā)生器11。調節(jié)氣體流量為0. 5m3/ min，液體流量為8. 6L/min，此時氣液比為58. 1。從加砂裝置14中以80g/min加量連續(xù)加入粒度為20-80目的石英砂，含砂泡沫經(jīng)電纜伴熱管15加熱，熱電偶溫度計16測得泡沫溫度為55°C，取樣器18測得泡沫質量為97. 3%，泡沫半衰期為47. 3min,取樣器18出口端壓力表20的讀數(shù)為1. 5MPa。從截止閥21流出的高溫、高壓含砂泡沫進入沖蝕室27。沖蝕室27上部安裝有四個內徑為5. Omm的沖蝕噴嘴22，通過沖蝕噴嘴22噴出的含砂泡沫以90°沖蝕角沖刷金屬擋板M上面的金屬掛片23，失重法測得金屬掛片23平均沖蝕磨損率為0. 419g/m2. h。除砂擋板25上的砂粒依靠重力，通過排屑口沈排出。沖蝕實驗完成后的泡沫流體從沖蝕室27底部，經(jīng)離心泵觀、截止閥29，回流到基液罐1循環(huán)利用。實施例2純空氣沖蝕實驗方法
空氣由空壓機5、貯氣罐7、截止閥8、流量計9、截止閥10、壓力表12、截止閥13進入加砂裝置14，調節(jié)空氣流量為0. %i7min，從加砂裝置14中以60g/min加量連續(xù)加入粒度為20-80目的石英砂，含砂空氣經(jīng)電纜伴熱管15加熱，熱電偶溫度計16測得空氣溫度為 50°C，壓力表20的讀數(shù)為1.8MPa。從截止閥21流出的高溫、高壓含砂空氣進入沖蝕室27。沖蝕室27上部安裝有四個內徑為2mm的沖蝕噴嘴22，通過沖蝕噴嘴22噴出的含砂空氣以45°沖蝕角沖刷金屬擋板M上面的金屬掛片23，失重法測得金屬掛片23沖蝕磨損率為0. 318g/m2. h。除砂擋板 25上的砂粒依靠重力，通過排屑口沈排出。實施例3充空氣鹽水鉆井液沖蝕實驗方法
在基液罐1中預先配制一定體積的鹽水鉆井液，鹽水鉆井液基本配方4%膨潤土 +5%NaCl+0. 2%HPAM (陰離子聚丙烯酰胺)+0. 3%MMH (正電膠)+0. 5%SJ_2 (單向堵漏劑) +0. 8%SMP (降濾失劑)+自來水。鹽水鉆井液由截止閥2、離心泵3、流量計4進入管道與空氣混合，空氣經(jīng)由空壓機5、貯氣罐7、截止閥8、流量計9、截止閥10進入管道與空氣混合。 調節(jié)氣體流量為0. 15m7min，液體流量為6. 7L/min，此時氣液比為22. 4。從加砂裝置14中以50g/min加量連續(xù)加入粒度為20-80目的石英砂，含砂鉆井液經(jīng)電纜伴熱管15加熱，熱電偶溫度計16測得鉆井液溫度為50°C，出口端壓力表20的讀數(shù)為1. 4MPa。從截止閥21流出的高溫、高壓含砂鉆井液進入沖蝕室27。沖蝕室27上部安裝有四個內徑為1. Omm的沖蝕噴嘴22，通過沖蝕噴嘴22噴出的含砂鉆井液以90°沖蝕角沖刷金屬擋板M上面的金屬掛片23，失重法測得金屬掛片23沖蝕磨損率為0. 185g/m2. h。除砂擋板25上的砂粒依靠重力，通過排屑口沈排出。沖蝕實驗完成后的鉆井液從沖蝕室27底部，經(jīng)離心泵觀、截止閥29，回流到基液罐1循環(huán)利用。
權利要求
1.一種氣體鉆井沖蝕實驗方法，其特征在于包括如下步驟①.首先通過沖蝕介質供給系統(tǒng)提供沖蝕介質(包括純氣體、霧化液、泡沫或充氣泥漿)；通過調節(jié)空壓機(5)的供氣量以及進入泡沫發(fā)生器(11)的氣液比，可達到模擬氣體鉆井壓力環(huán)境的目的；通過控制加砂裝置(14)的加砂量，可達到模擬氣體鉆井產(chǎn)生的鉆屑量；②.然后通過加熱系統(tǒng)給沖蝕介質升溫(可升溫到120°C)，達到模擬井下高溫環(huán)境的目的；從加砂裝置(14)流出的沖蝕介質進入加熱系統(tǒng)，通過調節(jié)電纜伴熱管(15)溫度來到模擬井下高溫環(huán)境；③.通過取樣器(18)實時監(jiān)測沖蝕介質參數(shù)(如泡沫質量、半衰期、溫度、壓力、密度等)；④.最后通過調節(jié)沖蝕系統(tǒng)中噴嘴尺寸和金屬檔板的傾斜幅度完成沖蝕實驗；從截止閥(21)流出的高溫、高壓沖蝕介質進入沖蝕系統(tǒng)；所述沖蝕系統(tǒng)由沖蝕室(27)和安裝在沖蝕室頂部的沖蝕噴嘴(22)組成；沖蝕噴嘴(22)下端安裝有與沖蝕噴嘴數(shù)量相同的金屬掛片(23)，金屬掛片(23)的前后兩端用螺栓(30)連接在金屬擋板(24)表面，金屬擋板(24)的左右兩端焊接在沖蝕室(27)左右壁面，沖蝕室(27)下部安裝有傾斜的除砂擋板(25)，依靠重力作用除砂，砂粒通過排屑口(26)排出；沖蝕介質以一定流速通過沖蝕噴嘴(22)噴出， 沖刷金屬擋板(24)上面的金屬掛片(23)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種氣體鉆井沖蝕實驗方法，其特征在于通過更換沖蝕噴嘴(22)內徑為0. 1-5. 5mm,以改變流體沖蝕速率。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于石油天然氣鉆井領域的一種氣體鉆井沖蝕實驗方法，該實驗方法包括如下步驟1.首先通過沖蝕介質供給系統(tǒng)提供沖蝕介質(包括純氣體、霧化液、泡沫或充氣泥漿)；2.然后通過加熱系統(tǒng)給沖蝕介質升溫(可升溫到120℃)，達到模擬井下高溫環(huán)境的目的；3.通過取樣器實時監(jiān)測沖蝕介質參數(shù)(如泡沫質量、半衰期、溫度、壓力、密度等)。4.最后通過調節(jié)沖蝕系統(tǒng)中噴嘴尺寸和金屬檔板的傾斜幅度完成沖蝕實驗。本發(fā)明可提供模擬各種氣體鉆井介質的沖蝕實驗；通過溫度、壓力監(jiān)測可達到模擬井下高溫高壓環(huán)境的目的；通過更換不同孔徑的噴嘴可改變流體沖蝕速率；通過調節(jié)金屬檔板的傾斜幅度可改變沖蝕角。
文檔編號E21B7/18GK102493767SQ20111039395
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者萬里平, 孟英峰, 李永杰, 李皋, 魏納 申請人:西南石油大學