[实用新型]一种套管孔眼冲蚀试验系统

说明书

本实用新型公开了一种套管孔眼冲蚀试验系统，包括搅拌罐、增压泵、冲蚀试验箱和减压箱。搅拌罐、增压泵和冲蚀试验箱之间通过管路连接形成气液固三相流体循环回路；试验套管经过外部加载块模拟孔眼处地层外挤应力作用；气液固三相流体经混合均匀并加温后，通过增压泵高压泵入密封试验套管的冲蚀试验箱，并根据试验要求精确控制流体流量；在试验循环过程中，冲蚀流体始终保持从试验套管外壁通过孔眼向内壁流动；试验结束后，使用减压箱对冲蚀回路系统安全泄压。本实用新型真实模拟了高温、高压、气液固三相流以及受外挤载荷的多因素耦合作用下的油气井产层出砂工况，有效评估了射孔套管孔眼周围的冲蚀行为，并具有较高的试验安全性。

【技术领域】

本实用新型属于油井管性能检测评价技术领域，涉及一种套管孔眼冲蚀试验系统。

【背景技术】

油气井出砂是油气藏开发过程中普遍存在的问题之一，根据现场调研得知，目前高温高压区块油气井井筒堵塞比例超过50％，其主要原因多与产层出砂有关。产层出砂不但导致井筒堵塞、减产，还会造成油套管及井下工具冲蚀，严重威胁井筒结构完整性。由于油气井套管损伤后修井难度大，可能造成井筒不可逆的破坏，因此在各类出砂所致危害中，套管冲蚀对于油气井的影响最为严重。在油气井井身结构中，射孔段套管尺寸规格较小，射孔后孔眼周围管体的强度也会随之降低；此外，由于位于目的层(最深层)，射孔段套管还面临高温、高压、高外挤压力以及强腐蚀环境等极端苛刻工况。当产层出砂时，高流速砂砾与地层流体混合后通过套管孔眼冲入井筒，使得孔眼附近管壁面临最高的冲蚀风险；此外，油气井产层多含CO₂等腐蚀性气体，与出砂液混合后形成的气液固三相腐蚀性流体会进一步加剧套管的冲蚀损伤。因此，针对油气井出砂工况，开展套管孔眼冲蚀行为研究，准确预测评估套管的剩余强度及寿命，对于保障油气井井筒安全高效构建具有重要指导意义。

目前，针对石油管材及装备的冲蚀行为研究主要采用多相流冲刷回路模拟试验方法：中国专利CN 105403503 B公开了“一种油井管屈曲管柱的高温腐蚀和冲蚀试验装置”，该方法建立了储罐和冲刷腐蚀通道之间的冲蚀回路，可检测高温凝析水气相、气固两相、液相或液固两相流体作用下的小尺寸试样的冲蚀量以及电化学参数；中国专利CN 105866018B公开了“用于评价油气管道在高流速下冲刷腐蚀的试验装置及方法”，该装置及方法主要包括薄液层冲刷通道以及流体储罐组成的流体回路，可获取小尺寸试样在高流速薄液层(气液两相)冲刷条件下的腐蚀热力学信息、动力学信息、平均腐蚀速率信息、流体对试样表面的力学信息；中国专利CN 103575639 B公开了“压裂滑套冲蚀试验方法”，该方法是建立在主要由混砂器、高压泵、检测仪器、球座滑套、循环储液池依次通过高压管线串接的封闭循环系统，可模拟砂液两相流对压裂滑套实物试样的冲蚀行为。然而，由于射孔套管结构及其所处井下环境的复杂性，若参考上述方法进行试验，主要存在以下问题及难点：

(1)套管孔眼冲蚀行为评估需要考虑射孔枪射孔以及套管几何尺寸的影响，现有可实现高温、高压、腐蚀环境及应力耦合作用的冲蚀试验装置及方法，主要针对小尺寸标准试样，无法模拟实物套管射孔后孔眼的出砂冲蚀行为。

(2)由于试样尺寸的限制，现有针对实物试样的冲蚀试验装置及方法多未设计封闭的冲蚀试验箱，因此仅能够模拟管体试样内壁的冲蚀行为；试样尺寸较大时，难以对试样加载，无法评估试样在外加载荷条件下的冲蚀特征；由于实物试验多在室外借助大功率的泵车或压裂车等大型设备，模拟高温高压三相流循环回路的危险性较高。

因此，迫切需要开发一种流体循环回路系统，包括可安装较大尺寸石油管试样的封闭冲蚀试验箱，可模拟高温、高压、气液固三相流以及受力的多因素耦合作用下的油气井产层出砂工况，并具有较高的安全性。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种套管孔眼冲蚀试验系统，通过模拟高温、高压、腐蚀介质以及外加载荷多因素耦合作用下生产套管孔眼处的冲蚀损伤行为，对油气井产层出砂工况下的射孔段套管套损情况进行有效评估，进一步指导油井管柱结构优化设计。