本發(fā)明涉及油氣井腐蝕防護(hù)領(lǐng)域，具體是涉及一種套管的腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
高酸性氣田中含有的腐蝕性介質(zhì)會(huì)造成套管的腐蝕，腐蝕會(huì)造成套管壁減薄，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致腐蝕穿孔，甚至井筒報(bào)廢，但是，對(duì)套管盲目地更換則會(huì)帶來巨大的浪費(fèi)。怎樣合理兼顧套管的安全性和經(jīng)濟(jì)性，是實(shí)現(xiàn)套氣井的安全、經(jīng)濟(jì)服役的關(guān)鍵因素。
目前，針對(duì)油井管柱壽命預(yù)測(cè)方法的研究，“一種油管柱壽命預(yù)測(cè)方法”(申請(qǐng)公布號(hào)：cn103206205a)主要考慮了油管柱應(yīng)力的情況，準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)了油管的壽命，減小或避免油氣井油管柱的安全風(fēng)險(xiǎn)。然而，油管主要考慮拉伸載荷，而套管主要考慮內(nèi)壓載荷和擠壓載荷。套管的腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法與油管的腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法完全不同?！耙环N預(yù)測(cè)高溫高壓井腐蝕套管剩余壽命方法”(申請(qǐng)公布號(hào)：cn103455682a)通過建立腐蝕套管剩余壽命預(yù)測(cè)模型，并應(yīng)用近似解析法計(jì)算均勻腐蝕、局部腐蝕和點(diǎn)蝕套管的剩余壽命。該發(fā)明能夠在較短時(shí)間內(nèi)有效預(yù)測(cè)套管的剩余壽命，但是該方法利用有限元模型預(yù)測(cè)套管的腐蝕程度，并不能真實(shí)反映套管的腐蝕壽命。
因此，發(fā)明一種基于腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果的套管腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法還是十分必要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種油管的腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法，以解決現(xiàn)有套管的壽命預(yù)測(cè)問題，并在達(dá)到上述目的的同時(shí)，為套管的更換提供依據(jù)，節(jié)省成本。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，一種油氣井套管的腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包含如下步驟：
步驟1：依據(jù)油氣井套管的服役環(huán)境，利用高溫高壓釜模擬實(shí)際工況對(duì)套管材質(zhì)進(jìn)行腐蝕測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為n＝[x1,x2,x3,…xi,…xn]，n表示測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)短，xi＝3d，7d，15d，30d，90d和180d，并利用腐蝕速率公式(1)分別求取材質(zhì)的均勻腐蝕速率值；
式中：vcor為實(shí)測(cè)腐蝕速率(mm/a)，δm為腐蝕試驗(yàn)前后試樣的質(zhì)量之差(g)，ρ為試樣密度(g/cm)，a為試樣表面積(cm2)，n為腐蝕時(shí)間(d)；
步驟2：將步驟1中測(cè)得的腐蝕速率與服役時(shí)間進(jìn)行多元線性回歸分析，得到腐蝕速率與腐蝕時(shí)間的方程，其公式表示為(2)；
v′cor＝f(t)
式中：v′cor為腐蝕速率(mm/a)，t為腐蝕時(shí)間(a)；
步驟3：將步驟2中的腐蝕速率代入公式(3)中，得到套管在腐蝕后的實(shí)際壁厚d1；
d1＝d0-v′cor×t(3)
式中：v′cor為腐蝕速率(mm/a)，d1為套管腐蝕后的實(shí)際壁厚(mm)，d0為套管的名義壁厚(mm)，t為腐蝕時(shí)間(a)；
步驟4：將步驟3中套管腐蝕后的實(shí)際壁厚d1代入公式(4)中，求出不同服役年限下套管的剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度pin，其公式表示為(5)；
式中：pin為套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度(mpa)，d1為套管腐蝕后的實(shí)際壁厚(mm)，σy為套管屈服強(qiáng)度(mpa)，d0為套管的名義壁厚(mm)，v′cor為腐蝕速率(mm/a)，t為腐蝕時(shí)間(a)，φ為套管名義直徑(mm)；
步驟5：將步驟4中套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度代入公式(6)中計(jì)算出套管抗內(nèi)壓安全系數(shù)kin，其公式表示為(7)；
式中：kin為抗內(nèi)壓安全系數(shù)，pin為套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度(mpa)，pw為工作壓力(mpa)，d0為套管的名義壁厚(mm)，v′cor為腐蝕速率(mm/a)，t為腐蝕時(shí)間(a)，φ為套管名義直徑(mm)，σy為套管屈服強(qiáng)度(mpa)；
步驟6：取套管的抗內(nèi)壓安全系數(shù)閾值k，另k＝kin，將套管的抗內(nèi)壓安全系數(shù)閾值代入公式(7)中，計(jì)算套管的抗內(nèi)壓安全服役年限t1；
步驟7：將步驟3中套管腐蝕后的實(shí)際壁厚d1代入套管剩余抗擠強(qiáng)度公式(8)，求出套管的剩余抗擠強(qiáng)度，其公式表示為(11)；
psq＝{(pe+py)-[(pe-py)+4pepyht]1/2}÷[2(1-ht)](8)
其中：
py＝ky×2fmin(d1/φ)[1+d1/(2φ)](9)
pe＝0.825×2e/[1-v2)(φ/d1)(φ/d1-1)2](10)
psq＝{(p′e+p′y)-[(p′e-p′y)+4p′ep′yht]1/2}÷[2(1-ht)](11)
其中：
p′y＝ky×2fmin((d0-v′cor×t)/φ)[1+(d0-v′cor×t)/(2φ)](12)
p′e＝0.825×2e/[(1-v2)(φ/(d0-v′cor×t))(φ/(d0-v′cor×t)-1)2](13)
式中：p為設(shè)計(jì)抗擠強(qiáng)度(mpa)；pe為設(shè)計(jì)彈性強(qiáng)度(mpa)；py為設(shè)計(jì)屈服強(qiáng)度(mpa)；ht為制造缺陷影響因子；ky為設(shè)計(jì)屈服強(qiáng)度折減系數(shù)；fmin為材料最小屈服強(qiáng)度(mpa)；e為材料彈性模量，2.07×105mpa；v為泊松比，0.28；φ為套管名義直徑(mm)，d0為套管的名義壁厚(mm)，v′cor為腐蝕速率(mm/a)，t為腐蝕時(shí)間(a)，p′e為套管腐蝕后的彈性強(qiáng)度，p′y為套管腐蝕后的屈服強(qiáng)度(mpa)；
步驟8：將步驟9中套管剩余抗擠強(qiáng)度psq代入公式(14)中計(jì)算出套管的抗擠安全系數(shù)ksq公式，其公式表示為(15)；
ksq＝{(p′e+p′y)-[(p′e-p′y)+4p′ep′yht]1/2}÷[2ρgh(1-ht)](15)
式中：ksq為抗內(nèi)壓安全系數(shù)，psq為套管抗擠強(qiáng)度(mpa)，ρ為鉆井液的密度(kg/m3)，g為重力加速度，9.8m/s2，h為井深(m)，p′e為套管腐蝕后的彈性強(qiáng)度，p′y為套管腐蝕后的屈服強(qiáng)度(mpa)，ht為制造缺陷影響因子；
步驟9：取套管的抗擠安全系數(shù)閾值為ke，另ksq＝ke，將套管的抗擠安全系數(shù)閾值ke代入套管的抗擠安全系數(shù)公式(15)中，計(jì)算套管的抗擠安全服役年限t2；
步驟10：將套管的抗內(nèi)壓安全服役年限t1和抗擠安全服役年限t2代入公式(16)求取套管的安全服役年限腐蝕年限t。
t＝min{t1,t2}(16)
進(jìn)一步的，所述的抗內(nèi)壓安全系數(shù)閾值范圍為1.1-1.25。
進(jìn)一步的，所述的抗擠安全系數(shù)閾值范圍為1.0-1.35。
進(jìn)一步的，所述的制造缺陷影響因子的取值為：普通級(jí)套管ht取0.21-0.23；高抗擠套管ht取0.170-0.175；高抗擠抗硫套管ht取0.125-0.130。
本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)該方法能合理預(yù)測(cè)套管的剩余壽命，為套管的更替、檢修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
(2)該方法準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)了套管的壽命，減小或避免油氣井套套管因腐蝕誘發(fā)的的安全風(fēng)險(xiǎn)。
附圖說明
圖1是一種油氣井套管柱腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
圖1給出了一種套管腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法的流程圖。
步驟1：依據(jù)油氣井套管的服役環(huán)境，利用高溫高壓釜模擬實(shí)際工況對(duì)套管材質(zhì)進(jìn)行腐蝕測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為n＝[x1,x2,x3,…xi,…xn]，n表示測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)短，xi＝3d，7d，15d，30d，90d和180d，并利用腐蝕速率公式(1)分別求取材質(zhì)的均勻腐蝕速率值；
式中：vcor為實(shí)測(cè)腐蝕速率(mm/a)，δm為腐蝕試驗(yàn)前后試樣的質(zhì)量之差(g)，ρ為試樣密度(g/cm)，a為試樣表面積(cm2)，n為腐蝕時(shí)間(d)；
步驟2：將步驟1中測(cè)得的腐蝕速率與服役時(shí)間進(jìn)行多元線性回歸分析，得到腐蝕速率與腐蝕時(shí)間的方程，其公式表示為(2)；
v′cor＝f(t)
式中：v′cor為腐蝕速率(mm/a)，t為腐蝕時(shí)間(a)；
步驟3：將步驟2中的腐蝕速率代入公式(3)中，得到套管在腐蝕后的實(shí)際壁厚d1；
d1＝d0-v′cor×t(3)
式中：v′cor為腐蝕速率(mm/a)，d1為套管腐蝕后的實(shí)際壁厚(mm)，d0為套管的名義壁厚(mm)，t為腐蝕時(shí)間(a)；
步驟4：將步驟3中套管腐蝕后的實(shí)際壁厚d1代入公式(4)中，求出不同服役年限下套管的剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度pin，其公式表示為(5)；
式中：pin為套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度(mpa)，d1為套管腐蝕后的實(shí)際壁厚(mm)，σy為套管屈服強(qiáng)度(mpa)，d0為套管的名義壁厚(mm)，v′cor為腐蝕速率(mm/a)，t為腐蝕時(shí)間(a)，φ為套管名義直徑(mm)；
步驟5：將步驟4中套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度代入公式(6)中計(jì)算出套管抗內(nèi)壓安全系數(shù)kin，其公式表示為(7)；
式中：kin為抗內(nèi)壓安全系數(shù)，pin為套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度(mpa)，pw為工作壓力(mpa)，d0為套管的名義壁厚(mm)，v′cor為腐蝕速率(mm/a)，t為腐蝕時(shí)間(a)，φ為套管名義直徑(mm)，σy為套管屈服強(qiáng)度(mpa)；
步驟6：取套管的抗內(nèi)壓安全系數(shù)閾值k，另k＝kin，將套管的抗內(nèi)壓安全系數(shù)閾值代入公式(7)中，計(jì)算套管的抗內(nèi)壓安全服役年限t1；
步驟7：將步驟3中套管腐蝕后的實(shí)際壁厚d1代入套管剩余抗擠強(qiáng)度公式(8)，求出套管的剩余抗擠強(qiáng)度，其公式表示為(11)；
psq＝{(pe+py)-[(pe-py)+4pepyht]1/2}÷[2(1-ht)](8)
其中：
py＝ky×2fmin(d1/φ)[1+d1/(2φ)](9)
pe＝0.825×2e/[(1-v2)(φ/d1)(φ/d1-1)2](10)
psq＝{(p′e+p′y)-[(p′e-p′y)+4p′ep′yht]1/2}÷[2(1-ht)](11)
其中：
p′y＝ky×2fmin((d0-v′cor×t)/φ)[1+(d0-v′cor×t)/(2φ)](12)
p′e＝0.825×2e/[(1-v2)(φ/(d0-v′cor×t))(φ/(d0-v′cor×t)-1)2](13)
式中：p為設(shè)計(jì)抗擠強(qiáng)度(mpa)；pe為設(shè)計(jì)彈性強(qiáng)度(mpa)；py為設(shè)計(jì)屈服強(qiáng)度(mpa)；ht為制造缺陷影響因子；ky為設(shè)計(jì)屈服強(qiáng)度折減系數(shù)；fmin為材料最小屈服強(qiáng)度(mpa)；e為材料彈性模量，2.07×105mpa；v為泊松比，0.28；φ為套管名義直徑(mm)，d0為套管的名義壁厚(mm)，v′cor為腐蝕速率(mm/a)，t為腐蝕時(shí)間(a)，p′e為套管腐蝕后的彈性強(qiáng)度，p′y為套管腐蝕后的屈服強(qiáng)度(mpa)；
步驟8：將步驟9中套管剩余抗擠強(qiáng)度psq代入公式(14)中計(jì)算出套管的抗擠安全系數(shù)ksq公式，其公式表示為(15)；
ksq＝{(p′e+p′y)-[(p′e-p′y)+4p′ep′yht]1/2}÷[2ρgh(1-ht)](15)
式中：ksq為抗內(nèi)壓安全系數(shù)，psq為套管抗擠強(qiáng)度(mpa)，ρ為鉆井液的密度(kg/m3)，g為重力加速度，9.8m/s2，h為井深(m)，p′e為套管腐蝕后的彈性強(qiáng)度，p′y為套管腐蝕后的屈服強(qiáng)度(mpa)，ht為制造缺陷影響因子；
步驟9：取套管的抗擠安全系數(shù)閾值為ke，另ksq＝ke，將套管的抗擠安全系數(shù)閾值ke代入套管的抗擠安全系數(shù)公式(15)中，計(jì)算套管的抗擠安全服役年限t2；
步驟10：將套管的抗內(nèi)壓安全服役年限t1和抗擠安全服役年限t2代入公式(16)求取套管的安全服役年限腐蝕年限t。
t＝min{t1,t2}(16)
進(jìn)一步的，所述的抗內(nèi)壓安全系數(shù)閾值范圍為1.1-1.25。
進(jìn)一步的，所述的抗擠安全系數(shù)閾值范圍為1.0-1.35。
進(jìn)一步的，所述的制造缺陷影響因子的取值為：普通級(jí)套管ht取0.21-0.23；高抗擠套管ht取0.170-0.175；高抗擠抗硫套管ht取0.125-0.130。