影响通海截止阀冲刷腐蚀的重要参数数值模拟分析

作为舰船的重要部件,通海截止阀在运行过程中发生损坏将严重影响舰船航行安全。文中通过ICEM CFD软件对影响阀门冲刷腐蚀的重要参数如流体速度、颗粒含量、颗粒直径以及阀门开度等进行了模拟分析,结果表明截止阀冲蚀速率与流动速度成指数增长,颗粒含量变化会导致阀门最大冲蚀位置出现变化,最大冲蚀速率将随着粒径增大变小,而冲蚀分布却随着粒径增大变得更加均匀,阀门半开时的冲蚀速率远大于全开时的冲蚀速率。研究结果将为新型通海阀进一步流道优化改进设计提供参考。     

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。     

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.     

P110油管用钢液固两相流体冲蚀实验研究

在油气井压裂改造过程中,高速含砂流体引起的冲蚀是油管失效的重要原因之一。利用自制的喷射式冲蚀实验装置,以3.5wt%NaCl含砂流体为介质,研究了油井管常用的P110油管用钢冲蚀速率随冲蚀时间、介质流速和含砂量的影响。研究结果表明,在冲蚀时间60~90 min时,P110钢材的冲蚀速率趋于稳定;在传统的纯冲刷磨损公式E=KVn基础上,增加了腐蚀因子M对公式进行修正,与实验数据尤其是低流速时的实验数据拟合误差减小;砂含量在25 kg/m3时,冲蚀速率达到最大;继续增加含砂量时,颗粒之间碰撞消耗的动能使得冲蚀速率先减小,然后缓慢增加。实验结果为P110油管在新型储层改造中的应用提供了一定参考。     

弯管中气固两相流冲蚀模拟研究

以某含有固体杂质微粒的输气过程为研究背景,运用ANSYS-FLUENT软件中E/CRC冲蚀磨损模型,对输气管道中的90°弯管进行气-固两相流的模拟计算,讨论不同的气体速度、固体杂质微粒的质量流率以及固体杂质微粒的微粒粒径对弯管的冲蚀磨损的影响.分析结果表明:气体入口速度越大,90°弯管的冲蚀率越大;固体杂质微粒质量流率越大,90°弯管的冲蚀率越大;当微粒粒径小于某一临界值时,微粒粒径越大,冲蚀率减小,当微粒粒径大于这一临界值时,微粒粒径越大,冲蚀率越大.在工程应用中可用于气体运输管道的检测,节约检测成本,提高管道输气的安全性.     

固-液两相流充填管道输送冲蚀磨损数值研究

 为探究充填管道在输送过程中的冲蚀磨损机理, 基于工程流体力学理论及颗粒输送力学模型, 引入离散颗粒轨道模型、塑性冲蚀磨损模型, 对某矿山复杂充填管路条件下浆体特性对管道冲蚀磨损影响进行研究。结果表明, 浆体流速、黏度以及颗粒尺寸对管道冲蚀磨损影响显著, 颗粒形状影响较弱。高流速下, 弯管磨损最为严重, 直管段磨损较轻且分布较为均匀, 流速降低, 主要磨损部位偏向弯管出口部位;弯管部位最大磨损值在15°~30°以及60°~75°之间;此外, 粒径较小时, 磨损严重程度随粒径增加而增大, 粒径达到600 μm 后, 最大磨损值随粒径增加呈现下降趋势。     

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。     

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,以川南长宁地区生产井为例,建立相应计算流体动力学(computational fluid dynamics, 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：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;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;运行压力为1.5～5.5 MPa时,年冲蚀厚度为8.6～76.1 mm,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,当排污管内流速为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。     

铅铋合金中颗粒物对弯管的冲蚀研究

基于流体力学理论研究液态铅铋合金(LBE)中颗粒物对管道壁面的冲蚀作用,采用Fluent中的离散相模型(DPM)对管壁的冲蚀进行数值模拟研究.结果表明,弯管角度和颗粒粒径等对管壁的冲蚀磨损影响较为显著,而温度对冲蚀的影响相对较弱.流动铅铋合金对弯管的冲蚀较为严重,直管段冲蚀较弱.当铅铋合金中夹杂的颗粒物粒径较小(100μm)时,对弯管的冲蚀较弱,大粒径颗粒(100μm)的冲蚀速率则迅速增加.     

纳米蒙脱土对环氧树脂胶黏涂层性能的影响

研究了MMT-0、MMT、粉煤灰、B4C作为填料在环氧树脂胶黏涂层中的作用。在WE／30液压万能试验机上测试其剪切强度，得出最佳配比是：MMT为5％，MMT-0为50％，粉煤灰为l50％，B4C为125％，在罐式浆体冲蚀磨损试验杌上测试了最佳配比时涂层的冲蚀磨损率。结果表明：MMT作填料时剪切强度高，冲蚀磨损率低。     

不同加重材料对N80钢表面磨损的实验研究

对比考察了超微重晶石、普通重晶石、四氧化三锰与铁矿粉加重的高密度钻井液对N80金属表面磨损的影响;并利用扫描电子显微镜观察了磨损试件表面形貌;且利用表面粗糙度仪测试了表面粗糙度,探讨了不同加重材料的磨损机理。实验结果表明:超微重晶石对N80钢磨损量是普通重晶石的57.8%,四氧化三锰对N80钢磨损量是铁矿粉的43.8%。在高固相条件下,普通重晶石、超微重晶石、铁矿粉和四氧化三锰对金属表面的磨损主要表现为磨粒磨损、犁削作用、刨削作用和表面疲劳磨损。四氧化三锰和超微重晶石可以充填吸附在金属表面的凹凸处,可显著降低对N80钢表面的磨损程度,四氧化三锰可使得N80钢表面粗糙度降低到铁矿粉的50%。     

碳化硼对环氧胶粘涂层机械性能的影响

通过试验研究了碳化作为填料,其含量、粒度、对环氧胶粘涂层拉伸剪切强度、冲蚀磨损率、硬度的影响。试验表明：涂层加入碳化硼后均没程度提高拉伸剪切强度、耐冲蚀性、硬度,但存在一最佳值。本文推荐了最佳配方。     

莺琼盆地高温高密度水基钻井液流变性调控方法

南海莺琼盆地高温高压地层钻井安全密度窗口窄,对钻井液流变性要求苛刻,而高密度钻井液因固相含量高其流变性调控难度大,因此研究高密度钻井液流变性的影响因素和调控方法对确保该地区高温高压钻井安全至关重要。本文提出通过控制钻井液处理剂液相粘度来调节水基高温高密度钻井液流变性新方法,并通过毛细管黏度法评价了莺琼盆地两套高温高压水基钻井液体系的流变性能以及液相黏度,对高密度水基钻井液流变性影响因素进行了评价和分析。结果表明,钻井液的液相黏度和固相含量是影响高密度钻井液的关键因素,钻井液体系的液相黏度由处理剂液相黏度决定,而固相含量主要由加重材料的品质决定。进一步评价结果表明,磺化类降失水剂液相黏度最低,其次为改性天然高分子降失水剂,合成类的聚合物型降失水剂液相黏度最高;钻井液在相同组成和密度条件下,重晶石品质越高,即密度越高,粒径越小,所配制的高密度钻井液流变性越优。由研究结果可得出,选择低液相黏度处理剂、低剂量膨润土和优质重晶石是高密度水基钻井液流变性调控的主要技术手段。     

开式涡轮转盘塔用于液-液-固系时的固相滞留率及轴向混合

用石英砂-水(连续相)-煤油(分散相)系,在直径0.152m的开式涡轮转盘塔中进行了实验,证明该塔用于含固量较高的液-液-固系是可行的。研究了转速、隔室高度、定环开孔直径和各相表观流速对固相滞留率及轴向混合的影响,给出了固相滞留率及返流此的关联式。     

排砂管线弯接头的冲蚀机理研究

排砂管线是气体钻井中不可缺少的地面设备之一,在高压高产气井的钻井中存在安全隐患,常规情况下通常
被人们忽略。排砂管线失效主要由高速气流中的固体颗粒冲蚀破坏,通常发生在弯接头部分。针对排砂管线弯接头
的冲蚀失效情况,开展冲蚀破坏机理的理论研究和数学模型研究,对弯接头的冲蚀攻角、冲蚀函数、冲蚀颗粒形状系数
以及固体颗粒的受力状况进行探讨。建立排砂管线弯接头的CFD 有限元模型,可以任意改变弯接头的角度,定量地
模拟不同工况下含有固相颗粒的多相流对弯接头的冲蚀速率和冲蚀机理,对排砂管线在气体极限流量100×104 m3/d
和50×104 m3/d 的工况下,对不同含砂量进行一系列的CFD 仿真模拟,得出冲蚀速率随弯接头角度变化定量的关系曲
线,为弯接头的结构优化设计提供理论依据。     

直剪条件下钙质砂强度及颗粒破碎

钙质砂的主要成分是碳酸钙,由于其特殊成因,钙质砂具有孔隙特征。为了深入研究粒径、含水率及剪切速率对钙质砂强度及颗粒破碎特性的影响,在不同粒径、含水率和剪切速率等因素下对钙质砂进行直剪试验。试验结果表明：(1)钙质砂的抗剪强度和内摩擦角与粒径之间存在正相关的关系,小粒径(<1.0 mm)情况下,粒径和竖向压力不再是影响颗粒破碎的主要因素,大粒径(>1.0 mm)情况下,颗粒破碎程度出现剧增现象,粒间咬合和约束的存在是此现象的主要原因。(2)粒间水膜和颗粒损伤的存在,导致钙质砂的内摩擦角随着含水率的升高逐渐减小,含水率和内摩擦角之间呈指数函数关系。相对破碎随着含水率的升高先减小后增大。(3)颗粒在剪切过程中存在翻滚现象,但过大的剪切速率会使得颗粒直接从中间位置剪切,钙质砂的内摩擦角随着剪切速率的增大呈现先减小再增大的现象,相对破碎则是随着剪切速率的增大呈现先减小后增大的趋势。     

1Cr9Mo钢高速气-固两相流冲蚀磨损

采用自制的激波驱动气-固两相流冲蚀磨损试验装置,选取SiO2、Al2O3和SiC颗粒,对煤化工常用材料1Cr9Mo钢进行高速气-固两相流冲蚀磨损试验研究.结合试件表面冲蚀磨损形貌,分析冲击速度、冲击角度、颗粒硬度、颗粒粒径、试件温度等因素对材料的冲蚀磨损率的影响.结果表明:在20 ℃和400℃下,1Cr9Mo钢的最大冲蚀磨损率均出现在15°～25°的冲蚀角之间,体现出典型塑性材料的冲蚀磨损特征;低角度冲蚀时磨损机理以颗粒的切削作用为主,高角度冲蚀时颗粒垂直撞击材料表面产生凹坑并致使凹坑周围的片状物碎屑从材料表面剥离;试件冲击速度指数在2.3 ～3.2范围内,磨损率受颗粒硬度影响较大;在相同冲蚀条件下,硬度较高的Al2O3和SiC颗粒对试件的磨损率比SiO2颗粒高一个数量级;磨损率随颗粒粒径的增大呈现先递增后下降的趋势;在400℃时SiO2颗粒对试件的冲蚀磨损率明显提高,磨损率最大值约为20℃时的3倍.     

固体颗粒对油田采出水性质的影响

通过试验研究了固体颗粒对油水界面张力、界面剪切粘度、悬浮液体系zeta电势等的影响,进而考察了不同条件（如矿化度、pH值等）对胜利油田坨四采出水悬浮液稳定性的影响。结果表明：含固体颗粒的体系,油水界面张力、zeta电势增加;固体颗粒浓度增加,水中油含量降低,固含量增加,界面剪切粘度增大,悬浮液稳定性增强。