本發明公開了一種用于管柱水力壓裂沖蝕損傷的評估方法，對現場井筒套管內高壓多相流沖蝕掛片進行校準，獲得沖蝕數據；將上述沖蝕數據導入對應沖蝕模型進行多相流動與沖蝕損傷耦合計算，獲得現場井筒套管內多相流動與沖蝕損傷危險點數據，進行管柱壓裂沖蝕損傷風險分析。本發明可以通過對類似工況條件下的井筒壓裂過程的掛片沖蝕分析結果對沖蝕模型進行校驗，并不需要長期掛片實驗；此外通過對不同工況及井眼軌跡的井筒套管內的流動及沖蝕耦合計算可以對井筒套管不同位置進行詳細分析，找出損傷危險點，為井筒套管沖蝕損傷風險分析提供有力的基礎數據。

技術領域

本發明涉及油氣井勘探領域，尤其涉及一種用于管柱水力壓裂沖蝕損傷的評估方法。

背景技術

油氣井管柱是石油和天然氣開采作業中的必需設備，是指采用特定螺紋連接不同管徑和壁厚的鋼管而形成的承擔不同功效的管線，主要包括鉆柱、套管柱、油管柱。隨著深層油氣資源的勘探開發，深井、超深井、大斜度井、定向井、大位移井、水平井比例增大已成為必然趨勢，油氣井管柱所處的工作環境也急劇惡化，尤其是高溫、高壓、高產井等三高油氣井，油氣井管柱不可避免地出現各種損傷，造成人力、物力和財力的巨大損失。油氣井管柱的安全使用壽命，直接影響到油氣資源的開采進程。套管在水泥環的包裹下能有效地防止井壁坍塌、保護井眼，還能保證不同壓力的油、氣、水層互不流竄以便于分層壓裂操作，封固漏失層，形成堅固的井筒，作為油氣輸運的通道，對油氣田的正常生產至關重要。

為了實現油氣田開發目標，在油氣田生產過程中，常需要采取一系列增產增注措施來提高油氣井產量及保證注入井達到注入量要求。高壓注水、大型壓裂、酸化處理等增產措施的不斷實施，使套管柱的工作環境日益惡化。油氣資源開采的過程中，加砂壓裂、水力噴砂射孔等儲層改造措施，套管不可避免地受到攜砂液屮的固體顆粒的沖蝕。

水力壓裂過程中，井筒套管內為壓裂液攜砂的多相管流狀態，固相容易造成對套管壁面的沖蝕危害。液固兩相流中的顆粒沖蝕是指微小而松散的流動粒子在流體的攜帶作用下以一定的速度和角度對靶材進行沖擊導致壁面材料耗損的現象，沖蝕損傷逐步累積以致在漫長的潛伏期后形成破壞。水力加砂壓裂增產增注措施中，高速注入的壓裂液，特別是支撐劑固體顆粒會對井口控制設備和井下套柱組件壁面產生不同程度的沖蝕磨損，油田注水作業中，攜砂液中的固體顆粒也會對套管壁面產生一些沖蝕損傷。壓裂施工管匯中的壓力高達幾十兆帕到上百兆帕，在管柱發生屈曲變形情況下沖蝕作用更加突出，一旦因沖蝕破壞導致刺漏、破裂失效將嚴重威脅油氣生產和作業人員的安全。

傳統壓裂管柱設計將流體對管柱的作用簡化為摩擦阻力施加在管柱上來校核管柱強度，實現對管柱及接頭尺寸的優化設計，忽略了壓裂管柱內部流態及沖刷磨損對結構的影響。隨著井深、施工排量和加砂量的不斷增加，井下的壓力不斷的提高，流體和砂對管柱的沖刷磨損越來越嚴重，在管柱的連接和變截面處此類現象尤為突出，這直接導致施工不能正常進行或根本無法施工，造成施工失敗和原材料的浪費，嚴重制約了水力壓裂技術的發展。壓裂施工過程中管柱的沖刷磨損現象已經成為壓裂施工的瓶頸，其內部流態的復雜性，高排量，以及壓裂液組分中的高砂量是產生沖刷磨損的重要原因。因此，應用計算流體力學理論和材料沖刷磨損理論，研究壓裂管柱內部流場分布規律，固液兩相流動特性及沖刷磨損機理，綜合考慮各種因素深入研究管柱破壞機理，不僅可以為壓裂管柱的優化設計提供有效的理論依據，也對推動壓裂管柱的進一步發展，延長其使用壽命，提高水力壓裂施工的成功率，降低作業施工成本具有重要意義，并具有良好的經濟效益和應用前景。

目前對于管柱內攜砂壓裂液對套管內壁流動沖蝕損傷的研究僅僅依靠常低壓下的流動沖蝕實驗或靜態高壓管柱力學性能實驗來佐證壓裂液流動沖蝕損傷所造成的管柱失效風險問題。但是對于諸如頁巖氣等低產井所采用的多段水力壓裂增產技術來說，管柱是否能承受多次高壓環境下的攜砂流體的高速沖擊而保持原有力學性能，并使其能為油氣開采過程中一直保持穩定支撐結構，對于管柱結構在不同水力壓力工況條件下的沖蝕損傷風險評價，保證其長期服役變得尤為重要。