溫度和腐蝕對金屬網(wǎng)布篩管過濾精度影響試驗研究

李效波

(中海油服油田生產(chǎn)事業(yè)部 天津 300459)

0 引 言

隨著海上油氣田開發(fā)逐漸向深海發(fā)展，油氣井出砂很大地影響疏松砂巖油藏的開采作業(yè)[1]。作為傳統(tǒng)機械防砂方法中的篩管是海上油氣防砂的核心部件，是否能有效防砂對原油的采收量起到至關(guān)重要的作用[2-3]。防砂除考慮相關(guān)工藝、篩管失效等因素外，還必須考慮篩管的過濾精度。過濾精度是多孔材料進(jìn)行產(chǎn)品性能等級劃分的重要依據(jù)，高效防砂依賴于篩管過濾系統(tǒng)的精心設(shè)計[4-5]。

海上稠油熱采開發(fā)過程中防砂是必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，經(jīng)過海上幾年的熱采防砂探索發(fā)現(xiàn)，金屬網(wǎng)布篩管是目前較為有效的防砂篩管。在多輪次熱采開發(fā)過程中，篩管受高溫和交變熱應(yīng)力作用影響。經(jīng)試驗驗證后發(fā)現(xiàn)金屬網(wǎng)布篩管經(jīng)歷350 ℃和7個輪次的高溫交變作用后其本體強度未受到明顯的影響[6]。在高溫條件下，篩管過濾體尺寸受熱膨脹；在高溫高壓腐蝕條件下[7-8]，篩管也會因腐蝕作用導(dǎo)致過濾精度變化，因此有必要進(jìn)一步明確高溫及腐蝕作用后的篩管過濾精度變化，及其對篩管擋砂性能的影響。通過對比不同溫度及腐蝕前后的粒度中值、高于篩管名義擋砂精度砂粒含量、出砂質(zhì)量、過濾比等參數(shù)，研究高溫及腐蝕作用對篩管過濾精度影響規(guī)律。

1 試驗材料和方法

試驗材料為金屬網(wǎng)布篩管，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，試樣均為直徑68mm的圓形片。腐蝕試驗采用高溫高壓反應(yīng)釜。對原始篩管試樣和腐蝕酸洗后試樣分別試驗。腐蝕試驗條件見表1。

圖1 金屬網(wǎng)布篩管試樣

溫度/℃腐蝕氣體分壓/MPaCO2O2周期/h試驗介質(zhì)1202.50.5120模擬采出水

過濾精度試驗采用自主設(shè)計的高溫過濾精度試驗裝置(如圖2所示)，可以方便地模擬篩管高溫形變對試驗砂通過的影響情況。具體試驗參數(shù)見表2。試驗結(jié)束后，收集試驗砂并用激光粒度儀進(jìn)行粒度分析。

圖2 篩管高溫過濾精度試驗裝置

試驗條件試驗參數(shù)試驗砂量/g30試驗時間/min20試驗選用壓力/MPa0.3加砂方式分批次從進(jìn)砂口加入試驗砂

2 試驗結(jié)果和分析

篩管樣件經(jīng)過腐蝕作用影響，經(jīng)檢測分析發(fā)現(xiàn)擋砂介質(zhì)外觀沒有產(chǎn)生明顯的腐蝕破壞，擋砂介質(zhì)材質(zhì)也未受到明顯的影響，下面就其過濾精度和擋砂性能受到的影響開展分析。

3.1 溫度對過濾精度影響及分析

對原始篩管試樣在25、60、90、120、160、200、240、260及300 ℃等9個溫度下開展試驗，濾出砂樣粒徑累積百分比曲線接近正態(tài)分布，粒度分布較為均勻。隨著溫度升高，與原始砂樣相比濾出砂粒徑在高于篩管名義擋砂精度范圍的比例明顯低于原始砂樣。9種溫度下篩管試樣濾出砂粒徑曲線隨溫度升高有向左移的趨勢(如圖3所示)。從而可看出篩管試樣過濾作用明顯，較大尺寸砂粒被擋在篩管外側(cè)。

圖3 腐蝕前篩管試樣濾出砂粒度分布曲線

如圖4所示，腐蝕前篩管試樣濾出砂粒度中值和高于篩管名義擋砂精度砂粒含量隨著溫度升高逐漸減小。由此看出，隨著溫度升高，腐蝕前篩管試樣濾出砂尺寸逐漸減小，小粒徑砂粒含量逐漸增加。腐蝕前篩管試樣過濾精度減小，隨溫度升高，金屬網(wǎng)布篩管擋砂性能提高。

圖4 腐蝕前篩管試樣試驗后砂樣特征與溫度關(guān)系曲線

過濾后試驗砂質(zhì)量與原始砂質(zhì)量的比值定義為篩管試樣的過濾比β，即β=濾出砂質(zhì)量/原始砂質(zhì)量。試驗后收集到的試驗砂質(zhì)量及過濾比如圖5所示。隨著溫度的升高，腐蝕前的篩管試樣過濾出的試驗砂質(zhì)量和過濾比逐漸減小。

圖5 腐蝕前篩管試樣不同溫度下出砂量及過濾比

3.2 腐蝕對過濾精度影響及分析

如圖6所示，腐蝕酸洗后試驗砂粒徑百分比曲線均接近正態(tài)分布，表明濾出砂粒度分布較為均勻。隨溫度升高，篩管試樣濾出砂粒徑在高于篩管名義擋砂精度范圍的比例明顯低于原始砂樣，可看出篩管試樣過濾作用明顯，較大尺寸砂粒被篩管阻擋。

圖6 腐蝕酸洗后篩管試樣濾出砂粒度分布曲線

如圖7所示，酸洗后濾出砂粒度中值稍低于原始砂樣，酸洗后高于篩管名義擋砂精度砂粒含量也稍低于腐蝕前。這是由于腐蝕后，篩管在過濾體網(wǎng)孔及各層過濾

圖7 腐蝕酸洗后篩管試樣砂樣特征與溫度關(guān)系曲線

體間的縫隙中附著有腐蝕產(chǎn)物，酸洗很難將其清洗掉，使得酸洗后濾出的試驗砂粒度較腐蝕前偏小，從酸洗后的累計粒度分布曲線中也可看出，其粒徑曲線比腐蝕前有向左移的趨勢，過濾出砂粒尺寸減小。由圖8可知，腐蝕酸洗后收集到的試驗砂質(zhì)量和過濾比大于腐蝕前。表明腐蝕后篩管仍然有良好的擋砂性能。

圖8 腐蝕酸洗后篩管試樣不同溫度下出砂量及過濾比

3 結(jié)論

1)篩管濾出砂質(zhì)量、粒度特性數(shù)據(jù)等試驗結(jié)果表明，高溫和腐蝕作用后其擋砂性能沒有明顯降低。

2)通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，評價防砂篩管的擋砂性能的指標(biāo)，除了濾出砂粒度中值和高于過濾精度值的砂粒含量外，還可以包括濾出砂的質(zhì)量和過濾比這兩個重要指標(biāo)。

3)試驗研究結(jié)果對稠油熱采防砂設(shè)計和保障熱采穩(wěn)定長效開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。