(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210947788.1 (22)申请日 2022.08.07 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 曾德智　王熙　明坤基　喻智明　 刘振东　鲁威　韩雪　田刚　 李小刚　易良平　 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/56(2006.01) (54)发明名称 一种射孔套管孔眼冲蚀速率预测与冲蚀损 伤评价方法 (57)摘要 本发明公开了一种射孔套管孔眼冲蚀速率 预测与冲蚀损伤评价方法， 属于油气安全工程领 域。 其特征在于： 首先确定射孔套管孔眼冲蚀速 率影响因素和范围， 制定冲蚀实验方案； 根据冲 蚀实验结果计算孔眼平均冲蚀速率并进行因素 分析； 进一步建立主控因素影 响下的平均冲蚀速 率预测模型， 现场结合预测模型与压裂参数可获 取孔眼冲蚀扩径率； 最后， 将扩径率代入建立的 冲蚀程度评价集隶属度函数对孔眼冲蚀损伤程 度进行评价。 本发明针对大型加砂压裂工况下， 通过冲蚀对孔眼冲蚀速率进行预测， 对孔眼冲蚀 损伤进行评价， 为现场压裂方案及套管安全服役 提供依据。 权利要求书5页 说明书10页 附图3页 CN 115290432 A 2022.11.04 CN 115290432 A 1.一种射 孔套管孔眼冲蚀速率预测与 冲蚀损伤评价方法， 其特 征在于， 具体步骤 包括： 步骤1： 确定射 孔套管孔眼冲蚀速率影响因素及范围； 影响因素包括： ①过砂量、②砂浓度、③流速、④支撑剂粒径， ⑤携砂液粘度； 其中过砂 量实验范围为50kg ‑2000kg， 砂浓度实验范围为5％ ‑20％， 流速实验范围为20m/s ‑140m/s， 支撑剂粒径实验范围为0.1m m‑0.8mm， 携砂液粘度范围1mPa ·s‑50mPa·s； 步骤2： 射 孔套管孔眼冲蚀实验设计， 包括冲蚀实验方案设计与 冲蚀实验流 程设计； 冲蚀实验方案设计采用响应曲面法针对步骤1中五个因素进行多因素多水平设计， 共 计n组； 冲蚀实验每组流 程设计包括6步， 依次为： ①根据步骤2所述冲蚀实验方案设计结果， 确定每组实验参数值， 即过砂量、 砂浓度、 流 速、 支撑剂粒径， 携 砂液粘度； ②实验前孔眼冲蚀试样用去膜液和无 水乙醇清洗， 风干、 称重三次记 平均值为mi； ③水池加入羧甲基纤维素增加粘度， 取样进行粘度测试， 直到达到该组携砂液粘度实 验参数值， 记粘度为 τi5； ④确定支撑剂粒径， 记为di4， 确定该组实验所用过砂量， 记为ζi1； 打开加砂罐加砂阀门 将支撑剂加入加砂罐， 当实验所用过砂量ζi1超过加砂罐单次最大载量时， 该组应分多次加 砂过程进行； ⑤旋转砂罐砂浓度控制阀， 控制砂浓度达 到该组砂浓度实验参数值， 记为αi2； ⑥启动柱塞 泵， 控制流速 达到该组流速实验参数值， 记为vi3； ⑦当流速达到实验要求后， 打开过砂阀门， 加砂罐中支撑剂与携砂液混合， 直到所有支 撑剂全部排出后停止计时， 实验时间记为ti； 当一组实验多次累计时， 将实验时间相加总和 为该组实验时间； ⑧实验后孔眼冲蚀试样用去膜液、 无 水乙醇清洗， 风干、 称重三次记 平均值为mi'； 冲蚀实验流程涉及主要装置包括： 水池， 柱塞泵， 加砂罐， 射孔套管； 其中套管由套管本 体与孔眼冲蚀试样组成； 步骤3： 依据步骤2冲蚀实验设计开展冲蚀实验， 记录每一组实验的过砂量ζi1、 砂浓度 αi2、 流速vi3、 支撑剂粒径di4、 携砂液粘度τi5、 实验时间ti， 实验前后孔眼冲 蚀试样称重分别 不少于三次， 计算得到平均质量mi、 m′i； 步骤4： 计算孔眼平均冲蚀速率； 利用步骤3冲蚀实验结果， 基于失重法， 将实验前后孔 眼冲蚀试样质量损失量与实验时间的比值记为 孔眼平均 冲蚀速率如式(1)； 式中： 为第i组平均冲蚀速率， 表示单位时间内的冲蚀质量， g/min； mi为第i组实验前 孔眼冲蚀试样清洗后 多次称重平均质量， g； m ′i为第i组实验结束孔眼冲蚀试样清洗后 多次 称重平均质量， g； mi‑m′i表示冲蚀试验后质量损失， g； 其中称重次数不少于三次； 步骤5： 孔眼冲蚀速率主控因素分析； 根据步骤3和4， 建立冲蚀速率矩阵如式(2)；权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115290432 A 2式中： A为冲蚀速率矩阵； ζi1为第i组过砂量， kg； αi2为第i组数砂浓度， kg/m3； vi3为第i组 流速， m/s； di4为第i组支撑剂粒径， 目； τi5为第i组携砂液粘度， mPa ·s； 为第i组孔眼平均 冲蚀速率， g/mi n； 计算5个影响因素分别与冲蚀速率的相关系数； 冲蚀速率主控因素分析时， 不同影响因 素与冲蚀速率的相关系数计算如公式(3)； 式中： ri6为第i个因素与冲蚀速率的相关系数， 无量纲； ri6绝对值越大则相关性越强， 影 响越大； l为实验总组数， 即对 应冲蚀速率矩阵A总行数； aki为冲蚀速 率矩阵A中的数据， 其中 i取1、 2、 3、 4、 5分别表示过砂量、 砂浓度、 流量、 支撑剂粒径、 携砂液粘度、 孔眼平均冲蚀速 率， 即依次对应冲蚀速率矩阵A中的列， k取1、 2 …l对应冲蚀速率矩阵A中的行； 将冲蚀速率相关系数的绝对值|ri6|进行从大到小排序， 选取相关性最强的三个因素作 为主控因素， 并从大到小记为第一、 第二和第三主控因素； 步骤6： 建立主控因素影响下孔眼平均 冲蚀速率预测模型； 根据步骤5中从过砂量、 砂浓度、 流速、 支撑剂粒径， 携砂液粘度五个影响因素中分析得 到的第一、 第二和第三主控因素， 建立 三种预测模型： (a)建立第一主控因素影响下的冲蚀速率预测曲线； 以第一主控因素x为变量， 在实验范围内设置固定步长取离散点x1,x2...xi(i≥4)， 其 他因素为固定值， 最大可能使用已得到冲蚀速率矩阵A中的已知数据组， 缺 失离散点需要重 复步骤3和4补充实验， 利用非线性拟合得到第一主控因素x下冲蚀速率预测曲线f(x)； (b)建立第一和第二主控因素的影响下的冲蚀速率预测图版； 以第一主控因素x与第二主控因素y为变量， 在实验范围内设置固定步长取离散点(xi, yj)(i≥3,j≥3)， 其他因素为固定值， 最大可能使用已得到冲蚀速率矩阵A中的已知数据 组， 缺失离散点需要重复步骤3和4补 充实验， 利用非线性拟合得到第一主控因素x和第二主 控因素y下冲蚀速率预测图版f(x,y)； (c)建立第一、 第二和第三主控因素影响下的冲蚀速率预测方程； 以第一主控因素x、 第二主控因素y、 第三主控因素z为变量， 在实验范围内设置固定步 长取离散点(xi,yj,zk)(i≥3,j≥3,k≥2)， 最大可能使用已得到冲蚀速率矩阵A中的已知数 据组， 缺失离散点需要重复步骤3和4补充实验， 利用非线性拟合得到第一主控因素x、 第二 主控因素y、 第三主控因素z下冲蚀速率预测方程f(x,y,z)； 步骤7： 现场工况 下孔眼平均 冲蚀速率预测； 根据步骤6建立的三种孔眼平均冲蚀速率预测模型， 结合现场工况进行模型选择和计 算；权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115290432 A 3