温度和腐蚀对金属网布筛管过滤精度影响试验研究

李效波

(中海油服油田生产事业部 天津 300459)

0 引 言

随着海上油气田开发逐渐向深海发展，油气井出砂很大地影响疏松砂岩油藏的开采作业[1]。作为传统机械防砂方法中的筛管是海上油气防砂的核心部件，是否能有效防砂对原油的采收量起到至关重要的作用[2-3]。防砂除考虑相关工艺、筛管失效等因素外，还必须考虑筛管的过滤精度。过滤精度是多孔材料进行产品性能等级划分的重要依据，高效防砂依赖于筛管过滤系统的精心设计[4-5]。

海上稠油热采开发过程中防砂是必不可少的一个重要环节，经过海上几年的热采防砂探索发现，金属网布筛管是目前较为有效的防砂筛管。在多轮次热采开发过程中，筛管受高温和交变热应力作用影响。经试验验证后发现金属网布筛管经历350 ℃和7个轮次的高温交变作用后其本体强度未受到明显的影响[6]。在高温条件下，筛管过滤体尺寸受热膨胀；在高温高压腐蚀条件下[7-8]，筛管也会因腐蚀作用导致过滤精度变化，因此有必要进一步明确高温及腐蚀作用后的筛管过滤精度变化，及其对筛管挡砂性能的影响。通过对比不同温度及腐蚀前后的粒度中值、高于筛管名义挡砂精度砂粒含量、出砂质量、过滤比等参数，研究高温及腐蚀作用对筛管过滤精度影响规律。

1 试验材料和方法

试验材料为金属网布筛管，其结构如图1所示，试样均为直径68mm的圆形片。腐蚀试验采用高温高压反应釜。对原始筛管试样和腐蚀酸洗后试样分别试验。腐蚀试验条件见表1。

图1 金属网布筛管试样

温度/℃腐蚀气体分压/MPaCO2O2周期/h试验介质1202.50.5120模拟采出水

过滤精度试验采用自主设计的高温过滤精度试验装置(如图2所示)，可以方便地模拟筛管高温形变对试验砂通过的影响情况。具体试验参数见表2。试验结束后，收集试验砂并用激光粒度仪进行粒度分析。

图2 筛管高温过滤精度试验装置

试验条件试验参数试验砂量/g30试验时间/min20试验选用压力/MPa0.3加砂方式分批次从进砂口加入试验砂

2 试验结果和分析

筛管样件经过腐蚀作用影响，经检测分析发现挡砂介质外观没有产生明显的腐蚀破坏，挡砂介质材质也未受到明显的影响，下面就其过滤精度和挡砂性能受到的影响开展分析。

3.1 温度对过滤精度影响及分析

对原始筛管试样在25、60、90、120、160、200、240、260及300 ℃等9个温度下开展试验，滤出砂样粒径累积百分比曲线接近正态分布，粒度分布较为均匀。随着温度升高，与原始砂样相比滤出砂粒径在高于筛管名义挡砂精度范围的比例明显低于原始砂样。9种温度下筛管试样滤出砂粒径曲线随温度升高有向左移的趋势(如图3所示)。从而可看出筛管试样过滤作用明显，较大尺寸砂粒被挡在筛管外侧。

图3 腐蚀前筛管试样滤出砂粒度分布曲线

如图4所示，腐蚀前筛管试样滤出砂粒度中值和高于筛管名义挡砂精度砂粒含量随着温度升高逐渐减小。由此看出，随着温度升高，腐蚀前筛管试样滤出砂尺寸逐渐减小，小粒径砂粒含量逐渐增加。腐蚀前筛管试样过滤精度减小，随温度升高，金属网布筛管挡砂性能提高。

图4 腐蚀前筛管试样试验后砂样特征与温度关系曲线

过滤后试验砂质量与原始砂质量的比值定义为筛管试样的过滤比β，即β=滤出砂质量/原始砂质量。试验后收集到的试验砂质量及过滤比如图5所示。随着温度的升高，腐蚀前的筛管试样过滤出的试验砂质量和过滤比逐渐减小。

图5 腐蚀前筛管试样不同温度下出砂量及过滤比

3.2 腐蚀对过滤精度影响及分析

如图6所示，腐蚀酸洗后试验砂粒径百分比曲线均接近正态分布，表明滤出砂粒度分布较为均匀。随温度升高，筛管试样滤出砂粒径在高于筛管名义挡砂精度范围的比例明显低于原始砂样，可看出筛管试样过滤作用明显，较大尺寸砂粒被筛管阻挡。

图6 腐蚀酸洗后筛管试样滤出砂粒度分布曲线

如图7所示，酸洗后滤出砂粒度中值稍低于原始砂样，酸洗后高于筛管名义挡砂精度砂粒含量也稍低于腐蚀前。这是由于腐蚀后，筛管在过滤体网孔及各层过滤

图7 腐蚀酸洗后筛管试样砂样特征与温度关系曲线

体间的缝隙中附着有腐蚀产物，酸洗很难将其清洗掉，使得酸洗后滤出的试验砂粒度较腐蚀前偏小，从酸洗后的累计粒度分布曲线中也可看出，其粒径曲线比腐蚀前有向左移的趋势，过滤出砂粒尺寸减小。由图8可知，腐蚀酸洗后收集到的试验砂质量和过滤比大于腐蚀前。表明腐蚀后筛管仍然有良好的挡砂性能。

图8 腐蚀酸洗后筛管试样不同温度下出砂量及过滤比

3 结论

1)筛管滤出砂质量、粒度特性数据等试验结果表明，高温和腐蚀作用后其挡砂性能没有明显降低。

2)通过试验研究发现，评价防砂筛管的挡砂性能的指标，除了滤出砂粒度中值和高于过滤精度值的砂粒含量外，还可以包括滤出砂的质量和过滤比这两个重要指标。

3)试验研究结果对稠油热采防砂设计和保障热采稳定长效开发具有重要的指导意义。