[发明专利]一种高酸性气田井筒管柱材料优选评价系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于高酸性气田开发领域，具体涉及一种高酸性气田井筒管柱材料优选评价系统及方法。

背景技术

海相盆地一直是我国油气勘探开发的主要区域，特别是近几年，随着盆地油气勘探程度提高、地质认识不断深入、勘探技术的不断进步，在川东北地区陆续发现了普光、元坝、大湾、罗家寨、铁山、渡口河、铁山坡等气藏。这些气藏有效储层厚度大、单井产量高、硫化氢含量高、储量规模大。

由于海相天然气藏埋藏深且高含H₂S和CO₂的特点，其开发过程将要面临许多国际技术难题。在开采过程中，流体沿井筒上升过程中，随着温度、压力的降低，气体中的组分是否会发生变化、特别是能否形成硫沉积、是否会产生水合物、不同产量下流体在井筒内的压降变化规律等还没掌握，对井筒材料的选择缺乏系统认识，对高于1MPa的气田材料选择缺乏指导，对高含H₂S和CO₂环境下材料的耐蚀性能及耐蚀机理均没有统一的认识给气田开采及输送带来极大技术难题。

本发明的高酸性气田井筒管柱优化方法是针对高酸性气田采气工艺阶段井筒材料腐蚀评价及预测而研发的。目前针对高酸性气田井筒管柱在酸性气田井筒优选评价过程中，需取得高酸性气田井筒实际流体的物性参数。酸性气田H₂S含量高，气藏压力大。开采过程中，最大的特点是可能在井筒中有单质硫析出，致使普光气田气体在井筒中的流动状况极为复杂，深井天然气多相流流动模型的研究，目前还未涉及高含H₂S/CO₂的特殊性问题，以往多相流理论不能适应这种工况。

已有的技术中，国际标准ISO15156也没有对高于1MPa的气田材料选择给予指导，对高含H₂S和CO₂环境下材料的耐蚀性能及耐蚀机理均没有统一的认识，关于镍基合金的评价方法中最高的VII级标准中H₂S分压也只有3.5MPa，远远低于高酸性气田井下H₂S分压条件，高酸性气田井下井筒材料的模拟评价缺乏标准及经验指导，给高酸性气田腐蚀研究工作带来了极大的挑战。

高含H₂S/CO₂气田在开采过程中，现有技术存在以下问题：

1.在开采过程中由于H₂S的存在，可能会在井筒中形成硫沉积，在生产中一旦形成硫沉积，会带来堵塞流动通道或井筒材料腐蚀的严重危害，甚至会使生产井报废，目前，在开采过程中，无法判断是否会在井筒中形成硫沉积；难于判断硫沉积的位置；气体在井筒内沿程组分变化规律难以预测；高含H₂S/CO₂气田井筒多相流动规律不明。

2、以往腐蚀评价方法无法在实验室内模拟高H₂S分压(＞3.5MPa)条件，且采用模拟现场环境开展的腐蚀评价实验无法预测材料长期服役性能，缺乏硫沉积腐蚀评价方法。

3、国内外针对高酸性气田环境下材料的腐蚀研究起步较晚，尚未形成可以直接供现场使用的腐蚀预测模型及软件。一般腐蚀评价模型及失效判别方法无法对高酸性气田环境下材料的使用安全性进行分析判断以及开展风险分析。

目前，国内外尚未建立系统分析高酸性气田井筒管柱优化设计的手段和方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种高酸性气田井筒管柱材料优选评价系统及方法，为高酸性气田开发和安全生产提供理论支撑。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高酸性气田井筒管柱材料优选评价系统，包括腐蚀速率预测模型及应力腐蚀开裂边界模型；

所述腐蚀速率预测模型包括H₂S分压-温度、H₂S分压-CO₂分压和单质S-pH值的腐蚀速率预测图板；

所述应力腐蚀开裂边界模型包括材料在温度和H₂S分压条件下的失效边界和硫析出后材料在温度和H₂S分压条件下的失效边界。

一种高酸性气田井筒管柱材料优选评价方法，所述方法包括：

确定环境条件和参数；

在高H₂S分压条件下对镍基合金油套管的材料腐蚀性能进行加速模拟试验；

在高H₂S分压条件下对碳钢油套管材料的腐蚀性能进行加速模拟试验。

所述确定环境条件和参数是这样实现的：