对于海上探井的测试作业而言,测试产出的天然气往往夹带着一定量的砂粒,且测试过程中需要不时调整产量以获得更多地层数据,这将使得井下出砂更加严重,尽管测试管柱上可以安装防砂工具,但不能避免微细砂粒的产出。同时,探井井身结构基本为直井,其测试管柱中井下工具繁多,由于井下工具的存在使得管柱内径变化频繁。随着测试作业不断进行,高速含砂气流将会对测试管柱造成一定的冲蚀破坏,而测试管柱中易产生冲蚀的位置、冲蚀作用对测试作业正常运行的影响程度以及如何有效预防和减缓冲蚀等问题尚未可知。针对以上问题,本文基于流体动力学和冲蚀理论,建立了垂直气井测试管柱冲蚀模型,并通过实验验证了模型的准确性,应用Fluent软件对海上气井测试管柱中的直管、突扩管和突缩管进行了冲蚀仿真模拟,为准确定位管柱中易冲蚀部位及制定冲蚀预防措施提供了依据。具体研究内容和得出的主要结论如下:(1)确立海上气井测试管柱中典型部件的微观冲蚀机理主要包括微切削理论、变形磨损理论、锻造挤压理论和二次冲蚀理论。通过搭建冲蚀实验平台,进行了多组气固冲蚀实验。实验测得的冲蚀磨损量与模拟得到的冲蚀磨损量误差不超过5%,从而验证了 Fluent软件进行冲蚀仿真模拟的可靠性和准确性。(2)通过对海上气井测试管柱中的直管、突扩管和突缩管结构进行冲蚀仿真模拟分析,得到的冲蚀规律为:①冲蚀速率随流速增大而增大;②冲蚀速率随管径增大而减小;③冲蚀速率随出砂速率增大而增大;④冲蚀速率随砂粒粒径增大呈先减小再增大趋势,增大到一定数值后基本保持不变;⑤冲蚀速率随砂粒形状系数增大而减小,但其减小幅度在砂粒形状系数为0.3至0.7范围内较大,之后减小幅度逐渐变小。(3)应用灰色关联理论分析可知流速对冲蚀速率的影响最大,其次是管径,而在砂粒特性参数中出砂速率的影响相对较大,砂粒粒径与砂粒形状系数的影响比较接近,但与流速和管径相比较小。因此通过适当增加井下工具和油管内径来减缓冲蚀的效果最为显著。(4)结合上述的研究成果,提出了预防和减缓冲蚀的措施:在海上气井测试管柱中,突缩管结构是其中受冲蚀影响最大的部位,通过在突缩管部位添加渐缩结构的防冲蚀短节可有效减缓冲蚀,通过仿真模拟可确定防冲蚀短节的渐缩角在20°左右防冲蚀效果较好。