热采筛管冲蚀与腐蚀迭加作用机理

 利用高温高压反应釜进行冲蚀、腐蚀和冲蚀腐蚀迭加3 种条件下的多元热流体稠油热采防砂筛管损坏模拟实验,采用失重法获得3 种条件下筛管挡砂介质的腐蚀速率,434 金属棉在迭加条件下的腐蚀速率较纯冲蚀条件下提高了75 倍,较纯腐蚀条件下也提高了53%。采用宏观观察、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）等方法对腐蚀试样进行宏微观分析,发现迭加条件下材质腐蚀程度均比单一条件下显著。结果表明,在迭加作用下筛管材质的腐蚀速率显著高于单纯冲蚀和单纯腐蚀条件。腐蚀作用对机体的损伤以及冲蚀作用对腐蚀保护膜的破坏两方面相互促进,导致筛管材质损伤程度的增加。     

气体钻井中钻柱力学性能及冲蚀实验研究

由于在破岩过程中受到冲击,气体钻井中的钻柱产生了交变应力,而钻柱旋转加剧了交变应力的变化,同时气体携带岩屑对钻柱产生冲蚀,加速了钻柱的失效。钻柱主要失效形式为疲劳断裂,这跟钻柱所受应力大小及变化密不可分,因此,开展气体钻井过程中钻柱力学性能和冲蚀研究,掌握钻柱应力变化规律及岩屑对钻柱的冲蚀规律,是减小和防止钻柱失效的基础工作,对增加气体钻井过程中的安全性和降低钻井成本有十分重要的意义。通过使用一种已开发出的可同时模拟气体钻井钻具振动和冲蚀的装置,进行了不同钻具组合情况下,气体钻井钻柱同时受振动和冲蚀实验。实验结果表明,气体钻井过程中,配置扶正器将使钻柱所受交变应力值变化范围降低40% 以上,扶正器和减振器的配合使用将使交变应力值变化范围下降50%,因此,扶正器和减振器的配合使用,将大幅降低钻柱所受交变应力,并延长交变应力作用周期,从而降低钻柱失效的概率。     

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。     

R油藏改建地下储气库单井注采能力分析

单井注采能力分析是改建地下储气库优化单井产能参数的一项重要研究内容。以R油藏建库为研究对象,采用节点分析方法,模拟计算管流动态。根据协调点、冲蚀临界流量、携液临界流量以及地层压力、地层破裂压力和地面压缩机额定功率的边界限制分别预测了不同油管尺寸的采气能力和注气能力。为合理选择完井油管尺寸和在注采过程中控制井口压力提供了参考。研究结果表明：R油藏改建库采用国际上目前普遍采用的184.2mm油管,其采气能力在185×10⁴～390×10⁴m³/d,注气能力在25×10⁴～295×10⁴m³/d。     

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。     

管道冲蚀液-固数值模拟的研究进展

在石油和天然气行业中,管道输送系统的弯管和管汇处极易受到固体颗粒的冲蚀,从而导致管道内承受高压能力削弱,加大了在传输过程的风险。本文首先对固体颗粒冲蚀机理的发展历程进行了回顾,总结了现阶段固体颗粒冲蚀磨损行为的研究现状,概述了塑性材料和脆性材料冲蚀理论模型。其次,分别从液体流动属性和固体颗粒流动属性两个方面对冲蚀的影响因素进行了阐述,评价了各湍流模型和冲蚀模型的优势和适用范围。随后,综述了国内外流体仿真软件在管道冲蚀模拟的研究进展。从弯管到管汇,再到高压泵和旋流分离器等,模拟对象有着复杂的几何形状；网格划分由不变形到可变形,再到无网格划分,大大增加了计算的模拟精度。最后,提出冲蚀模拟仿真在管道行业的下一步研究和发展方向。为今后的整体管道系统冲蚀预测和位置布局设计提供参考。     

土石坝漫顶溃决模型的分析比较

为解决由现场溃坝过程记录资料匮乏导致的大量土石坝漫顶溃坝模型得不到工程验证的问题,在分析总结17种土石坝漫顶溃决机理模型基础上,以唐家山堰塞坝1/3溃坝事故为工程背景,选取BREACH模型、DB模型和IWHR模型对其溃坝过程进行数值模拟,研究这3种模型计算得到的筑坝材料冲蚀速率、流量过程线和水位变化曲线与实测值的差异。应用BREACH模型研究了筑坝材料的黏聚力、内摩擦角、不均匀系数和孔隙率对流量过程线的影响。结果表明:(a)IWHR模型预测的洪峰流量最大,BREACH模型次之,DB模型最小;(b)与实测数据相比,DB模型和IWHR模型预测的峰现时间提前,BREACH模型预测的峰现时间推迟;(c)随着黏聚力和内摩擦角的增大,计算峰值流量减小,峰现时间延后;(d)随着孔隙率和不均匀系数的增大,计算峰值流量增大,峰现时间提前;(e)不均匀系数和孔隙率对溃坝计算结果的敏感性尤为显著。     

川南页岩气开采中分离器排污系统的冲蚀分析及改进方案

在页岩气开采过程中，井里采出的页岩气会携带大量的砂粒等杂质，在经过分离器气液分离之后，底部携砂污水在高压驱动下，会使高速流动的砂粒对排污阀造成严重的冲蚀。针对该问题，以川南长宁地区某生产井为例，建立相应CFD模型，基于ANSYS Fluent求解器，针对不同压力、砂质量流量和颗粒特性条件下，对排污阀的冲蚀情况进行模拟分析。模拟结果表明：①当分离器运行压力越大，砂量质量流量越大，冲蚀速率及年冲蚀厚度逐渐增大，并呈现线性相关关系；②当颗粒形状系数越小，砂粒粒径越大，冲蚀速率以及年冲蚀厚度急剧增大。③运行压力为1.5MPa~5.5MPa时, 年冲蚀厚度为8.6mm~76.1mm，根据行业标准得知目前的排污系统存在快速减薄穿孔现象。为此提出了一种新型的排污系统改进方案，并对该方案进行验证模拟分析。模拟结果表明，当排污管内流速12 m/s时，排污阀最大冲蚀速率为4.53×10-5 kg/(s·m2)，折算成年冲蚀厚度为0.9 mm，相较于未改进的排污系统缓蚀率可达99.7 %以上。