Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự xói mòn của màn chắn cát bởi các hạt rắn: một bài tổng quan về các nghiên cứu thực nghiệm
Tóm tắt
Trong ngành công nghiệp dầu khí, cát có thể bị mang theo cùng với dầu và khí khi khai thác từ các reservoir sa thạch không được nén chặt. Sự tồn tại của các hạt cát bên trong dòng chất lỏng có thể dẫn đến những hư hại nghiêm trọng cho các thành phần của hệ thống sản xuất. Do đó, các kỹ thuật kiểm soát cát là cần thiết để ngăn ngừa các thiệt hại tiềm ẩn. Màn chắn cát độc lập (SAS) được sử dụng rộng rãi vì chúng có thể cung cấp kiểm soát cát đáng tin cậy với chi phí thấp và độ phức tạp thấp. Tuy nhiên, việc áp dụng SAS có thể trở nên bất lợi do sự xói mòn cơ học do va chạm với các hạt cát. Việc điều tra thực nghiệm về sự xói mòn của màn chắn cát là một thách thức, vì các phép đo cần được thực hiện cho một vật liệu và hình dạng SAS đại diện trong điều kiện mô phỏng tại phòng thí nghiệm. Các điều kiện mô phỏng cần phản ánh chính xác các điều kiện dòng chảy thực tế, liên quan đến nhiều tham số liên kết với nhau. Một số trong những tham số này liên quan đến các hạt cát bị cuốn theo (ví dụ, hình dạng, kích thước và nồng độ hạt) trong khi các tham số khác liên quan đến đặc tính dòng chảy (ví dụ, tốc độ dòng chảy và thuộc tính chất lỏng). Trong bài tổng quan này, các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự xói mòn của màn chắn cát được mô tả và các cơ chế xói mòn được nêu bật. Ngoài ra, các kết quả thực nghiệm cho thấy tác động của các tham số chính đến sự xói mòn của SAS cũng được thảo luận và đánh giá. Đồng thời, những thách thức liên quan đến các nghiên cứu trước đó, cùng với một cái nhìn tổng quan được đề xuất để vượt qua các thách thức đó, cũng được trình bày. Đã phát hiện ra rằng các hạn chế của các nghiên cứu trước chủ yếu liên quan đến việc thiết lập thử nghiệm và hướng dòng chảy, sự tương tác giữa các hạt, cùng với sự tương tác giữa hạt với chất lỏng. Bài tổng quan này đã làm nổi bật những khoảng trống trong nghiên cứu về các phép đo sự xói mòn của màn chắn cát có thể được xem xét trong tương lai.
Từ khóa
#xói mòn #màn chắn cát #nghiên cứu thực nghiệm #ngành công nghiệp dầu khí #hạt cát #tác động dòng chảyTài liệu tham khảo
Abduljabbar A, Mohyaldinn M, Younis O, Alghurabi A (2021) A numerical CFD investigation of sand screen erosion in gas wells: effect of fine content and particle size distribution. J Nat Gas Sci Eng. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2021.104228
Agunloye E, Utunedi E (2014) Optimizing sand control design using sand screen retention testing. In: SPE Nigeria annual international conference and exhibition. Society of Petroleum Engineers. 15, https://doi.org/10.2118/172488-MS
Al-Bukhaiti MA, Ahmed SM, Badran FMF, Emara KM (2007) Effect of impingement angle on slurry erosion behaviour and mechanisms of 1017 steel and high-chromium white cast iron. Wear 262(9):1187–1198. https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.11.018
Alakbari FS, Mohyaldinn ME, Muhsan AS, Hasan N, Ganat T (2020) Chemical sand consolidation: from polymers to nanoparticles. Polymers. https://doi.org/10.3390/polym12051069
Aziz MA, Mahmoud TS, Aal AA (2008) Modeling and optimizing of factors affecting erosion–corrosion of AA6063–(TiC/Al2O3) hybrid composites by experimental design method. Mater Sci Eng A 486(1):313–320. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.11.066
Bahadur S, Badruddin R (1990) Erodent particle characterization and the effect of particle size and shape on erosion. Wear 138(1):189–208. https://doi.org/10.1016/0043-1648(90)90176-B
Ben Mahmud H, Leong VH, Lestariono Y (2020) Sand production: a smart control framework for risk mitigation. Petroleum 6(1):1–13. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2019.04.002
Bennett C, Svedeman S (1998) Sand control screen erosion industry joint venture final report SwRI Project 04- 8560. Southwest Research Institute
Bitter JGA (1963) A study of erosion phenomena part II. Wear 6(3):169–190. https://doi.org/10.1016/0043-1648(63)90003-6
Brown R, Kosco S, Jun EJ (1983) The effect of particle shape and size on erosion ofaluminum alloy 1100 at 90° impact angles. Wear 88(2):181–193. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(83)80007-6
Cameron J, Jones C (2007) Development, verification, and application of a screen erosion model. SPE Euro Formation Damage Conf Proc EFDC 1:231–240. https://doi.org/10.2523/107437-ms
Charles J, Fipke S (2017) New sand screen increases the reliability of sand control in water injection wells by mitigating common failure mechanisms. Proc SPE Ann Tech Conf Exhib. https://doi.org/10.2118/187103-ms
Deng F, Sun D, Sun J, Wen M, Hu H, Xu Y, Xu S, Wei Y (2019a) Experimental simulation of erosion behavior of monolayer metal screen in sandstone reservoir. Eng Fail Anal. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.06.098
Deng F, Sun D, Sun J, Wen M, Hu H, Xu Y, Xu S, Wei Y (2019) Experimental simulation of erosion behavior of monolayer metal screen in sandstone reservoir. Eng Failure Anal 105(2017):255–265. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.06.098
Deng T, Chaudhry AR, Patel M, Hutchings I, Bradley MSA (2005) Effect of particle concentration on erosion rate of mild steel bends in a pneumatic conveyor. Wear 258(1):480–487. https://doi.org/10.1016/j.wear.2004.08.001
Divakar M, Agarwal VK, Singh SN (2005) Effect of the material surface hardness on the erosion of AISI316. Wear 259(1):110–117. https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.02.004
Feng Z, Ball A (1999) The erosion of four materials using seven erodents—Towards an understanding. Wear 233–235:674–684. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(99)00176-3
Finnie I (1960) Erosion of surfaces by solid particles. Wear 3(2):87–103. https://doi.org/10.1016/0043-1648(60)90055-7
Fucheng D, Jingen D, Lianbo H, Baohua Y, Qiang T, Yi X (2014) Simulation research on the erosion of slotted screen for the unconsolidated sand formation. Arab J Sci Eng 39(6):5237–5243. https://doi.org/10.1007/s13369-014-1205-5
Gillespie G, Beare SP, Jones C (2009) Sand control screen erosion-When are you at Risk? 27–29. https://doi.org/10.2118/122269-ms
Greene R, Moen T (2012) The impact of annular flows on high rate completions. Proceedings—SPE international symposium on formation damage control, 2(February), 886–897. https://doi.org/10.2118/151817-ms
Haftani M, Kotb O, Nguyen PH, Wang C, Salimi M, Nouri A (2020) A Novel sand control testing facility to evaluate the impact of radial flow regime on screen performance and its verification. J Petrol Sci Eng 195(May):107903. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.107903
Hamid S, Ali SA (1997) Causes of sand control screen failures and their remedies. SPE—European formation damage control conference, proceedings, 445–458. https://doi.org/10.2523/38190-ms
Jianxin D, Lili L, Mingwei D (2007) Erosion wear behaviours of SiC/(W, Ti)C laminated ceramic nozzles in dry sand blasting processes. Mater Sci Eng A 444(1):120–129. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.08.090
Kanesan D, Mohyaldinn ME, Ismail NI, Chandran D, Liang CJ (2019) An experimental study on the erosion of stainless steel wire mesh sand screen using sand blasting technique. J Nat Gas Sci Eng 65(March):267–274. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2019.03.017
Kumar D, Malbrel C, Xu Z (2018) Erosion resistance of sand screens in gas wells. Society of Petroleum Engineers—SPE Asia Pacific oil and gas conference and exhibition 2018, APOGCE 2018, October, 23–25. https://doi.org/10.2118/192001-ms
Kumar S, Subramanya Sarma V, Murty BS (2008) A statistical analysis on erosion wear behaviour of A356 alloy reinforced with in situ formed TiB2 particles. Mater Sci Eng A 476(1):333–340. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.04.113
Liebhard M, Levy A (1991) The effect of erodent particle characteristics on the erosion of metals. Wear 151(2):381–390. https://doi.org/10.1016/0043-1648(91)90263-T
Liu Y-H, Zhang J-Q, Ma J-M, Li X-P (2009) Erosion wear behavior of slotted screen liner for sand control. Mocaxue Xuebao/Tribology 29(3):283–287
Ma C, Deng J, Dong X, Sun D, Feng Z, Luo C, Xiao Q, Chen J (2020) A new laboratory protocol to study the plugging and sand control performance of sand control screens. J Petrol Sci Eng 184(2019):106548. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106548
Mansouri A, Arabnejad H, Shirazi SA, McLaury BS (2014) A combined CFD/experimental methodology for erosion prediction. Wear 332–333:1090–1097. https://doi.org/10.1016/j.wear.2014.11.025
Matanovic D, Cikes M, Moslavac B (2012) Sand control in well construction and operation. Sand Control Well Constr Operation. https://doi.org/10.1007/978-3-642-25614-1
McKeon CD, Nelson SM, Gallo F, Mayer C (2017) Impact of screen geometry on erosional resistance of direct wire-wrap screens. Proc SPE Ann Tech Conf Exhib Levy. https://doi.org/10.2118/187089-ms
Nandre BD, Desale GR (2018) Study the effect of impact angle on slurry erosion wear of four different ductile materials. Mater Today Proc 5(2):7561–7570. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.11.428
Nguyen QB, Nguyen VB, Lim CYH, Trinh QT, Sankaranarayanan S, Zhang YW, Gupta M (2014) Effect of impact angle and testing time on erosion of stainless steel at higher velocities. Wear 321:87–93. https://doi.org/10.1016/j.wear.2014.10.010
Nizar Musa M, Rokiah Ismail W, Roh CH, Zulkifli SA, Hui NFK, Jackson R, Gundemoni B, Barth P (2017) Expanding innovative approach of sand production well remediation - Case study of first downhole ceramic sand screens for a gas well in Malaysia. Society of petroleum engineers—SPE/IATMI Asia Pacific oil and gas conference and exhibition 2017, 2017-Janua. https://doi.org/10.2118/186292-ms
Parsi M, Najmi K, Najafifard F, Hassani S, McLaury BS, Shirazi SA (2014) A comprehensive review of solid particle erosion modeling for oil and gas wells and pipelines applications. J Nat Gas Sci Eng 21:850–873. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2014.10.001
Procyk A, Whitlock M, Ali S (1998) Plugging-induced screen erosion difficult to prevent. Oil Gas J 96:80–90
Procyk A, Gou X, Marti SK, Burton RC, Knefel M, Dreschers D, Wiegmann A, Cheng L, Glatt E (2015) Sand control screen erosion: prediction and avoidance. Proceedings—SPE annual technical conference and exhibition, 2015-Janua(January), 1562–1587. https://doi.org/10.2118/174837-ms
Rameshk M, Soltanieh M, Masoudpanah SM (2020) Effects of flow velocity and impact angle on erosion-corrosion of an API-5L X65 steel coated by plasma nitriding of hard chromium underlayer. J Mater Res Technol 9(5):10054–10061. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.07.013
Rawlins CH, Hewett TJ (2007) A comparison of methodologies for handling produced sand and solids to achieve sustainable hydrocarbon production. SPE Euro Formation Damage Conf Proc EFDC 2:518–526. https://doi.org/10.2523/107690-ms
Regulacion RE, Shahreyar N (2011) Inflow control devices minimize annular velocity in gas wells with stand-alone screen completions. In: SPE European formation damage conference. Society of Petroleum Engineers. 12, https://doi.org/10.2118/142700-MS
Sheldon GL (1970) Similarities and differences in the erosion behavior of materials. J Basic Eng 92(3):619–626. https://doi.org/10.1115/1.3425086
Svela PE, Gustavsen O, Solli HS, Brandal O (2009) Identifying point of failure and repairing damaged sand screens in gravel packed wells. A Case History From The Heidrun Field. https://doi.org/10.2118/122153-ms
Tilly GP (1973) A two stage mechanism of ductile erosion. Wear 23(1):87–96. https://doi.org/10.1016/0043-1648(73)90044-6
Venkatraman Krishnan A, Lim CYH (2021) Elucidating the specific and combined effects of particle size, impact angle, velocity and stress from an external load on the slurry erosion of mild steel S275JR. J Mater Res Technol 14:1052–1064. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.07.013
Wong C, Wu J, Zamberi A, Solnordal C, Graham L (2010) Sand erosion modelling. Society of Petroleum Engineers—SPE Asia Pacific oil and gas conference and exhibition 2010, APOGCE 2010, 1, 472–482. https://doi.org/10.2118/132920-ms
Wong GK, Fair PS, Bland KF, Sherwood RS (2003) Balancing act: Gulf of Mexico sand control completions peak rate versus risk of sand control failure. Proc SPE Ann Tech Conf Exhib. https://doi.org/10.2523/84497-ms
Wu B, Choi SK, Feng Y, Denke R, Barton T, Wong CY, Boulanger J, Yang W, Lim S, Zamberi M, Shaffee S, Jadid MB, Johar Z, Madon BB (2016) Evaluating sand screen performance using improved sand retention test and numerical modelling. Offshore technology conference Asia 2016, OTCA 2016, July, 1529–1550. https://doi.org/10.4043/26434-ms
Zamberi MSA, Shaffee SNA, Jadid M, Johar Z, Ismail I, Malaysia Wong CY, Solnordal CB (2014) Reduced erosion of standalone sand screen completion using flow segmentizers. Proc Ann Offshore Technol Conf 4(March):2849–2862. https://doi.org/10.4043/25019-ms
Zhang R, Hao S, Zhang C, Meng W, Zhang G, Liu Z, Gao D, Tang Y (2020) Analysis and simulation of erosion of sand control screens in deep water gas well and its practical application. J Petrol Sci Eng. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.106997
Zhao X, Tang GH, Liu Z, Zhang YW (2019) Finite element analysis of anti-erosion characteristics of material with patterned surface impacted by particles. Powder Technol 342:193–203. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.09.083