油管接箍液固两相流体冲刷腐蚀特性研究

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试油完井压裂过程中,油套管表面金属会受到高速液固两相流电化学腐蚀与颗粒撞击冲刷双重作用,尤其在油套管螺纹连接部位,冲刷腐蚀作用会使接箍壁厚减薄,降低接箍抗压、抗拉强度,更有甚者造成刺漏、挤毁等安全事故。基于以上考虑,本文利用数值模拟得到流场及颗粒撞击参数,结合射流式实验结果,找出液固两相流介质中影响13Cr材料流失的主要因素。同时得到该材料在高速度颗粒撞击下的冲刷数学计算式,将此用于油管接箍内部冲刷规律的数值预测中。本文通过以上研究得出如下结论:(1)液固两相射流数值模拟结果表明,同样条件下氧扩散腐蚀速率远小于颗粒冲刷作用,冲刷速率最大处为颗粒撞击角65o位置,此处受颗粒竖直挤压与水平切削共同作用,材料流失速率较大。(2)液固两相射流实验表明,超级13Cr材料在液固两相流颗粒撞击前后开路电位分为三个区域:稳态区域,钝化膜破裂区域,再钝化区域。实验结果表明超级13Cr不锈钢在流动介质中具有优良的抗点蚀性;相比于腐蚀作用,冲刷机械作用是导致材料流失的主要因素;而钝化膜还来不及再生即被颗粒剥离。在高速液固两相流中,应主要考虑固相冲刷对材料的影响。(3)随排量的增大,API油管接箍内固相撞击速度增大,冲刷速率也呈现上升趋势。但由于冲刷角度与冲刷速率呈二次函数关系,致使排量在6m3/min时直冲台肩面出现冲刷速率极大值,这将导致下游油管接头内壁因材料流失过早失效,影响生产安全。因此,40%砂比工况下冲刷临界排量为6m3/min。相同排量下,增加固相含量,在40%砂比时冲刷速率出现极大值;随砂比的增加,颗粒之间的相互磨损增大,冲刷速率又开始降低。(4)特殊螺纹接箍由于其平滑过渡设计,相比于同排量、砂比下的API螺纹接箍冲刷速率小很多。但是在轴向拉力与径向内压作用下,油管接箍很容易受力变形,造成内流到变化。而不平整的接箍内壁易受颗粒冲刷磨损,大面积材料剥落。
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