超级13Cr钢在液固两相流体中的冲蚀实验研究

在大排量高砂比压裂过程中,携砂压裂液对管柱和井下工具的冲蚀是引起设备损伤的主要原因。利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,研究了冲蚀时间、喷射流速和含砂量对超级13Cr钢冲蚀速率的影响。研究结果表明,冲蚀时间在90~120 min之间时,超级13Cr钢冲蚀速率趋于稳定;在喷射流速超过5.6m/s时,因为冲刷腐蚀的协同作用导致冲蚀速率急剧上升;冲蚀速率在含砂量为25 kg/m3时冲蚀速率达到最大值,此后随着含砂量增加,由于颗粒之间碰撞效应导致颗粒撞击到材料表面的动能降低,冲蚀速率开始减小,在50 kg/m3时达到最小值,随后又随着含砂量的增加而缓慢增加。研究结果为油田压裂施工工艺参数优化以及管柱安全评价提供了一定参考。     

超级13Cr钢液固两相流体冲蚀实验研究

在大排量高砂比压裂过程中,携砂压裂液对管柱和井下工具的冲蚀是引起设备损伤的主要原因.利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,研究了冲蚀时间、喷射流速和含砂量对超级13Cr钢冲蚀速率的影响.研究结果表明,冲蚀时间在90～120 min之间时,超级13Cr钢冲蚀速率趋于稳定;在喷射流速超过5.6m/s时,因为冲刷腐蚀的协同作用导致冲蚀速率急剧上升;冲蚀速率在含砂量为25 kg/m3时冲蚀速率达到最大值,此后随着含砂量增加,由于颗粒之间碰撞效应导致颗粒撞击到材料表面的动能降低,冲蚀速率开始减小,在50 kg/m3时达到最小值,随后又随着含砂量的增加而缓慢增加.研究结果为油田压裂施工工艺参数优化以及管柱安全评价提供了一定参考.     

高压气井节流油嘴硬质合金和陶瓷的冲蚀对比实验

在高压气井试气和生产过程中,返排液或者生产流体会携带少量地层出砂,对节流油嘴产生非常严重的冲蚀。井下和地面节流油嘴通常选用耐冲蚀的陶瓷和硬质合金。通过自制的喷射式冲蚀装置,以压裂返排的0.3%的羟丙基瓜尔胶携砂液为介质,研究了冲击角度和流体流速对硬质合金和陶瓷两种材料冲蚀速率的影响规律。采用扫描电镜分析了冲击角度和流体流速对两种材料的微观形貌的影响。实验结果表明,硬质合金的抗冲蚀性能低于陶瓷,两者的冲蚀速率均随着冲击角度的增大而逐渐增大。在冲击角度为30°时,两者的冲蚀速率较为接近;在冲击角度为90°时,两者的冲蚀速率均达到最大值,并且,硬质合金的冲蚀速率约为陶瓷的2倍;两种材料的冲蚀速率随流速的增大而增加。当流速大于16 m/s时,冲蚀速率随流速增大而呈幂函数形式增长。扫描电镜结果表明,硬质合金和陶瓷均表现为明显的脆性冲蚀特征。与陶瓷相比,硬质合金的硬度较低而韧性较高,抗脆性断裂的能力较强,而抗微切削的能力较弱。硬质合金在低角冲蚀下以微切削为主要冲蚀机制,在高角冲蚀下以脆性断裂为主要冲蚀机制;陶瓷主要以脆性断裂为主要冲蚀机制。实验结果对高压气井节流油嘴选材以及寿命预测具有一定指导。     

气固混合流对集输管道弯管的冲蚀模拟

针对含砂天然气对长输管道弯头处的冲蚀现象,以90°弯管为例,运用单向耦合冲蚀模型及控制变量法分析颗粒质量流率、流体进口流速、颗粒粒径及重力场对弯管的冲蚀作用,结果表明：在非重力场中,弯管的冲蚀区域主要集中在拐角大弧面区,且呈椭圆形分布;随颗粒质量流率的增加,最大冲蚀速率拟合曲线呈线性正相关;随流体进口流速的增加,最大冲蚀速率拟合曲线呈非线性指数相关,指数系数为0.305 8;随颗粒粒径的增加,最大冲蚀速率呈先减小后增大再减小的变化趋势;相同条件下,在重力场中弯管的冲蚀集中区域与非重力场相同,但最大冲蚀速率明显增大,且冲蚀区域发生变化;当重力为沿出口法向正向时,冲蚀区域由椭圆形变为圆形,并伴有二次冲蚀集中现象,当重力为沿出口法向反向时,冲蚀区域由椭圆形变为三角锥形。     

天然气水合物开采中冲缝管套冲蚀研究

为准确预测天然气开采中筛管保护套的冲蚀磨损速率和使用寿命,首先,根据储层及完井方式特征,建立冲缝管套筛缝流道模型;其次,利用离散相模型(DPM)模拟砂粒在气、液混合流体中对冲缝管套的冲蚀破坏过程,分析气、液和固三相流作用下筛缝壁面冲蚀速率随流体流速、含砂体积分数、液相体积分数和开口高度的变化规律;最后,根据筛管冲蚀情况...     

基于数值模拟的水下发球管汇系统流动与冲蚀

水下发球系统具有作业成本低、无需长时间停井的优势，应用前景广泛。发球管汇系统管道结构复杂，管道内流场变化规律不清，出砂现象严重，在发球过程中会出现高流速，易发生冲蚀。基于某水下发球管汇系统，应用计算流体力学的方法进行流场计算及冲蚀分析。结果表明，管内流速分布不均，弯管与T型管区域存在偏流；气液两相分布较为均一，但在竖直管段存在积液。对比冲蚀模型的计算结果，发现Generic与DNV模型计算结果相对准确；颗粒冲蚀速率较大的位置主要分布在含液区域或气液界面处，且竖直管段的冲蚀速率比水平管段更大；当颗粒含量为10×10-6 kg·m-3 时，颗粒直径为100μm时，最大冲蚀速率为0.21 mm·a-1；最大冲蚀速率随着砂颗粒含量的增大、含砂量的增大而增大；且随着砂粒直径的增大，冲蚀区域愈趋向集中。管内流速高，长时间运行时冲蚀现象严重，需加强关键冲蚀区域的防护措施，提高腐蚀裕量，以保障管汇系统的安全运行。     

冲砂洗井泡沫携砂规律数值模拟研究*

利用计算流体动力学（CFD）软件对水平井冲砂洗井过程中泡沫流体携砂能力进行了数值模拟。结果表明在油管居中情况下泡沫流体在环空中心部位体积分量最大,砂粒颗粒体积分量最小。砂粒在泡沫携带下,中心区域的砂粒速度随着运移路程不断变化,砂粒平均速度比入口速度略有增加。随着砂粒直径增加,发生冲蚀区域增加,其对泡沫携砂能力将产生更大影响,但总体而言,砂粒对管壁的冲蚀速率非常小。泡沫流速为0.30 m/s时,直径在0.1～2.0 mm的砂粒基本上可以悬浮在泡沫流体中随泡沫一起运动,没有沉降现象;泡沫流速为0.90 m/s和1.50 m/s时,0.1～2.0 mm直径砂粒可以顺利通过水平井段环空流道,砂粒直径越大,泡沫携砂能力越低。     

高庙子膨润土悬浮液的抗冲蚀流变特性

采用流变仪对高庙子膨润土悬浮液在不同水固比、掺加盐溶液类型及浓度的条件下的抗冲蚀流变特性进行了研究,得到了各种情况下膨润土悬浮液的屈服应力,再结合Stoke公式计算了引起膨润土悬浮液冲蚀的初始水流速度.研究表明:随着水固比的增加,膨润土流变曲线逐渐下移;对于水固比小于5.0的膨润土悬浮液,当剪切速率较小时呈现假塑性流体特征,而当剪切速率达到一定值时,流变曲线斜率趋于定值;对于水固比大于5.0的膨润土悬浮液,则始终表现为假塑性流体特征,且随着水固比的增大,膨润土悬浮液牛顿流体特征逐渐增强;随着NaCl浓度的增加,膨润土悬浮液屈服应力先减小后增大,而随着CaCl2浓度的增加,膨润土悬浮液屈服应力则不断减小;引起膨润土悬浮液发生冲蚀破坏所需的最低水流速度在10-4~10~(-2)m·s~(-1)范围内.     

加热炉管内液固两相流固体颗粒冲蚀规律分析

横管跑道型结构炉管是煤焦油加热炉中的重要部件,煤焦油中携带的固体颗粒会对弯头管壁造成冲蚀,研究在不同条件下弯头管道处的冲蚀规律对安全生产具有重要意义。利用FLUENT软件模拟炉管弯管处液固两相流流动规律,分析在不同质量流、流速、温度、颗粒直径下固体颗粒对管壁的冲蚀规律。结果表明,弯管整体部分会产生断断续续区域性的冲蚀,其中最严重的部分发生在弯管中间处。流体的颗粒质量流量、速度、温度及颗粒直径的增大均会增大管壁处的最大冲蚀率,质量流量、流体速度与冲蚀速率之间呈二次函数关系,质量流量增加到0.11 kg/s后会对冲蚀率产生一定的抑制作用;流体速度对冲蚀率影响最大。流体的温度在20～50℃内,温度升高改变流体黏度系数成为冲蚀率增加的主要因素,在50～60℃,颗粒动能与流体黏度的耦合作用是导致最大冲蚀率减小的主要因素。当颗粒直径在50～200μm,冲蚀速率随着颗粒直径增大增加较慢。研究结果对于预测加热炉炉管冲蚀情况、预测最大冲蚀位置、适当增加炉管壁厚、提高炉管使用年限具有重要的参考意义。     

冲刷时间对20Cr在不同腐蚀性液固流体中的冲蚀速率影响研究

选用油气田地面管汇常用材料20Cr,采用自制的喷射式冲刷试验台,运用失重法,分别研究了在石英砂与蒸馏水、3.5%Na Cl和常压饱和CO2溶液形成的液固两相流体中,20Cr钢冲蚀速率随时间的变化规律。实验结果表明,在三种不同介质中,冲蚀速率随时间的变化总体上均为由大变小的趋势。在冲刷初期,冲蚀速率以一个较慢的速率逐渐下降;当冲刷超过一定时间后,由于金属表面腐蚀产物膜的沉积,覆盖金属表面,冲蚀速率有了明显的降低。通过扫描电子显微镜对表面产物膜和表面腐蚀形貌进行了分析,指出产物膜是影响冲蚀速率的关键因素。     

油套管用钢P110的CO_2腐蚀动力学研究

利用高温高压腐蚀试验及电化学原位测量技术,并辅以SEM、EDS和XRD等微观分析手段研究了油套管用钢P110在CO2分压为2 MPa、温度为100℃的3.5%NaCl水溶液中的腐蚀失重、界面反应电化学特性、腐蚀产物膜的微观形貌、成分和结构特征,探讨了油套管用钢CO2腐蚀动力学.研究结果表明:油套管用钢P110的CO2腐蚀产物为FeCO3;随腐蚀时间的延长及腐蚀产物膜的形成,平均腐蚀速率逐渐降低、趋势变缓,产物膜生长满足抛物线生长规律;腐蚀产物晶粒逐渐长大并堆垛紧密,逐渐成膜覆盖于金属表面,膜厚先增加后逐渐趋于稳定,对基体保护能力增强;不同腐蚀时间交流阻抗图谱(EIS)的拟合结果表明,极化电阻随着腐蚀时间增加逐渐增大,电极反应由最初的活化控制变为扩散控制.     

硼交联N_2伴注泡沫压裂液的阻力特性研究

液氮泡沫伴注压裂液的阻力性能对于有效实施压裂工艺、选择合理的压裂参数、进行更为准确的裂缝预测、评估压裂效果都至关重要.利用高参数泡沫压裂液实验回路详细研究了模拟实际压裂条件下N2泡沫压裂液的阻力特性.研究表明:N2泡沫压裂液的摩擦压降梯度随着流速的增大而增大,随着温度的升高而减小,随着压力的增大而增大;摩擦阻力系数随着流速增大而增大,随着温度的升高而减小,而其随着压力的变化特别复杂.通过实验研究得出了N2泡沫压裂液在15~45MPa范围内摩擦阻力系数和广义雷诺数之间的计算关联式,其在本文实验工况下的平均计算误差为10.2%.     

基于固体钙含量的CO2腐蚀水泥石规律预测

CO₂会腐蚀油井水泥环，导致其强度衰退，使其失去保护套管和封隔油、气、水层的作用，从而缩短油气井寿命，造成巨大经济损失。如果能够预测CO₂在井下的腐蚀深度和腐蚀规律，那么就可以预测油井寿命，进而对水泥环耐腐蚀性能进行改进。然而，目前的CO₂腐蚀深度模型，大多是基于实验数据拟合建立的半经验模型，不具普遍适用性。针对这一问题，根据质量守恒定律结合扩散对流方程及钙离子沉淀速度，建立了CO₂腐蚀深度预测模型。该模型考虑了CO₂的扩散作用以及钙离子的沉淀，具有较强的适用性。通过CO₂腐蚀实验验证了该模型的可靠性，并利用该模型分析了水泥石基质被腐蚀后的变化规律，结果表明，随着腐蚀时间增加，水泥环孔隙度、渗透率增加，孔道迂曲度减小从而导致物质对流扩散加快、腐蚀速率加快；距离腐蚀端面越近孔隙度、渗透率越大，孔道迂曲度越小。     

26CrMo4套管钢在三元复合驱溶液的腐蚀行为研究

采用电化学工作站测试了P110级套管钢(26CrMo4)在三元复合驱(ASP)溶液中的腐蚀电化学行为。研究了ASP中各主要成分、浓度和温度对26CrMo4钢腐蚀行为的影响。用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对静态浸泡腐蚀后的试件表面进行了测试分析。结果表明,26CrMo4钢在ASP、AS、A、AP溶液中,腐蚀速率依次增大。随ASP浓度增加,腐蚀电位增大,腐蚀电流密度减小,腐蚀速率也随之减小。无论对于强碱或弱碱ASP溶液,随着温度增加,26CrMo4钢的腐蚀电流密度增加,腐蚀速率加快。经80℃静态浸泡192 h后,26CrMo4钢主要发生均匀腐蚀,腐蚀产物主要为Fe(OH)3、FeCO3、Fe2O3。     

基于BP神经网络的镍基合金腐蚀性能的预测分析

利用三层BP神经网络,根据已有的镍基合金（Nimonic80A合金镍基沉淀硬化）在不同重油杂质环境参数下的腐蚀速度数据,建立了燃气轮机的涡轮部件在重油杂质环境中腐蚀失重的人工神经网络模型,并进一步预测了腐蚀失重．预测结果表明：在重油杂质条件下,温度和有机硫化物含量越高,腐蚀损失越大．预测结果能正确地反映出环境参数对涡轮部件腐蚀失重的影响．     

油套管钢在氯化钙溶液中腐蚀及缓蚀性能研究

为了获得普通碳钢在常规压井液中腐蚀性,并找到一种腐蚀控制途径,利用失重法和电化学方法研究了N80、P110钢在1.35 g/cm³ CaCl₂溶液中不同温度、高温高压,缓蚀剂种类、用量等条件下的腐蚀及缓蚀行为。实验结果表明,随温度的升高N80和P110钢腐蚀加剧,在常压60~80℃,普通碳钢自腐蚀电流密度从10^-6 A/cm²增加到10^-5 A/cm²;4 MPa条件下,温度从90℃升高至150℃时,腐蚀速率增大了1个数量级;80℃下,WLD31A用量仅为30 mg/L时,对N80缓蚀效率可达95.51%,P110钢缓蚀效率可达93.11%;在60~80℃,升高温度有利于提高WLD31A缓蚀效果,N80钢缓蚀效率从88.08%增加到96.51%,P110钢缓蚀效率从61.38%增加到93.11%。     

松南火山岩储层压裂降滤技术

松南火山岩储层微裂缝发育,滤失量大,水力压裂容易砂堵.为了提高压裂成功率,进行了火山岩储层压裂降滤技术研究.阐述了火山岩储层的滤失特点,火山岩储层的滤失系数不是常数,而与压力相关.根据火山岩储层的滤失特点,建立了适合火山岩储层的滤失模型,并进行了求解分析.分析结果表明,随着滤失时间的增加,滤失速度降低,而等效的综合滤失系数却随滤失时间的增加而增加.最后提出适合火山岩储层的柴油乳化、粉陶或粉砂、二元支撑剂组合综合降滤技术措施.现场应用表明,应用柴油乳化、粉陶及二元组合综合降滤技术措施可以解决火山岩储层压裂滤失问题,提高压裂成功率.     

膏体料浆管道输送压力损失的影响因素

为研究膏体料浆管道输送过程中的压力损失,本文建立了新型闭路环管试验测试平台,研究了管径、料浆流速、料浆中固相含量和物料粒径对膏体料浆管道输送压力损失的影响。流速对压力损失的影响分两个阶段：当流速小于黏性过渡流速时,压力损失随流速呈线性增加;当流速大于黏性过渡流速时,压力损失随着流速增加呈1~2次多项式增加,且增加速率远大于流速增加速率。压力损失随管径增大呈负幂指数减小,随料浆中固相质量分数的增加呈指数增加。在相同工况条件下,细粒级较粗粒级料浆管输压力损失更大,且黏性过渡流速较大,压力损失随流速增加相对缓慢。     

Structural variations of sand-bearing airflow over dune at southeastern fringe of Tengger Desert

From the analytical results of observed data onsand transport rates at different positions of dune surface atsoutheastern fringe of Tengger Desert, it has been found thatthe vertical distribution of blown sand flux exhibits a no-ticeable variation when sand grains move upslope anddownslope of dune surface under the action of wind force.Within the height of 20 cm above the sand surface, the verti-cal distribution of mass flux at different positions from toe todune crest of stoss slope of sand dunes coincides with a singleexponentially decaying law; while the vertical distribution ofmass flux over the lee slope occurs as two variable zones,with the height of 8--12 cm as the dividing line, the sandtransport rate below this height exponentially decreases withincreasing height, but above this height decreases in a powerfunction law. On the stoss slope, the relative sand transportrate in the upper layer of sand flow tends to decrease withthe increasing wind velocity and the total sand transport ratetowards the dune crest due to the shortened trajectory lengthof saltation sand grains moving upslope. On the lee slope, theincrease in lift-off height and trajectory length of saltationsand grains moving downslope leads to the increase in rela-tive sand transport rate in the upper layer of sand flow.