第24卷第4期 2016年12月
北京石油化工学院学报
Journal of Beijing Institute of Petro-chemical Technology
Vol.24No.4 Dec.2016
油气田高压三通管件冲蚀磨损研究
：丹罩游影粮霜(1.北京石油化工学院，安全生产工程技术研究院，北京102617； 2.中国名油大学（北京），机械与储运工程学院，北京102249）
摘要：为准确掌握高压三通管件在不同工况下管内多相流的流动规律以及冲蚀磨损破坏情况，在高压管汇材料冲蚀磨损试验的基础上，应用计算流体力学方法及FLUNT软件建立了适合于水力压裂工况的液固两相流数学模型及冲蚀计算模型，得到了在不同流动方式下，三通管件内液相及固体粒子的流动规律以及三通管件冲蚀磨损的分布规律，研究结果可以为油气田高压管汇的设计、制造、重点部位的监测等安全防护技术提供参考依据。
关键词：三通管件；压裂液；冲蚀磨损；数值模拟
中图分类号：TG172
文献标志码：A
油气田生产作业时，三通管件是地面设备中的主要输送管件之一，也是高压管汇的重要组成部分。在油气田水力压裂施工中，由于三通结构的特殊性，三通管件与弯头一样也是容易发生冲蚀磨损的高压管件-4]。与弯头相比，三通管件的管内流动方式更加复杂多样，准确预测不同流动方式下三通管件的冲蚀磨损分布状况并制定相应的检测与监测措施，对保证高压管汇的安全运行具有重要的现实意义。当前，国内外相关人员针对弯头冲蚀的研究较多，对于压裂工况下，高压三通管件的冲蚀磨损研究文献较少15-。在冲蚀磨损试验基础上，笔者利用材料冲蚀磨损试验以及计算流体力学方法，研究水力压裂工况下三通管件内部多相流速度变化规律及其对管件冲蚀磨损的影响，对比研究不同工况下，三通管件的冲蚀磨损分布状况，以及主要影响参数对管件冲蚀的影响规律，为高压管汇优化设计及使用过程中的安全
可靠性提供参考。收稿日期：2016-06-22
（15031862005/014）；国家自然科学基金资助项目（51275528）；十二五国家科技重大专项（2011ZX05048）；北京石油化工学院北京市大学生科学研究与创业行动计划［VRT] 资助项目（160320820011163)。
作者简合链癌，男，博士，讲师，研究方向为压力容器、压力管道安坚保降接术，E-mail jx@bipt-edu-en。
1试验部分
水力压裂施工时，携砂液中的高流速、高强
度、高硬度的支撑剂颗粒是地面高压管汇设备以及压裂管柱冲蚀破坏的主要因素。对于高压管汇冲蚀磨损试验装置来说，全尺寸的冲蚀试验装置有一定的优势，能最大程度模拟水力压裂施工时的实际工况，但是，在实验室条件下，对高压管汇加载高流速、高压力难以实现危险性较大，并目高压管件加工工艺复杂，尺计结松多样，加工大量全尺寸试样成本昂贵。因此，笔者的研究方法是：(1)根据管汇材料的冲蚀磨损试验确定主要的冲蚀影响参数如冲蚀角函数、流体速度影响函数等；(2)根据试验结果建立冲蚀计算模型；3)根据冲蚀计算模型，结合流体力学方法，利用CFD软件模拟研究全尺寸三通
管件的冲蚀磨损特性。 1.1试验装置
冲蚀磨损试验装置常见的试验平台有旋转型和喷射型装置，笔者搭建的冲蚀磨损试验平台为射流型冲蚀试验机，主要包括PLC控制系统、搅拌系统、射流系统、冲蚀室等。试样的冲蚀攻角可调节，冲蚀介质的速度可通过调节变频器控制砂浆泵流量，或调整主管道和旁路的调节阀以及改变喷嘴大小等方法来实现。