压裂球座结构优化分析及耐冲蚀研究

作者：钟林; 冯桂弘; 朱和明; 王国荣; 陈文斌

来源：表面技术, 2021, 50(06): 213-228.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.06.023

• 固-液两相流
• 冲蚀磨损
• 数值模拟
• 球座
• 结构优化
• 冲蚀试验

目的提升水平井分段压裂中投球滑套球座的抗冲蚀磨损性能。方法基于流体力学、冲蚀理论,采用Fluent软件建立压裂球座固-液两相流冲蚀模型,对球座冲蚀磨损进行研究,分析不同角度下双锥面结构对球座冲蚀磨损的影响。在此基础上,开展球座冲蚀试验,研究3种不同表面材料对球座冲蚀的影响。结果数值模拟显示,球座的冲蚀磨损主要发生在前端锥面上,最大冲蚀速率发生在锥面与密封面交接处。其原因是,锥段直径逐渐减小,导致固相颗粒在过流断面上的速度和浓度增加,动能增大,使得在斜面导流作用下对锥面的撞击与切削次数增多,冲击力增强,造成壁面材料损失。冲蚀试验结果显示,在3种不同表面材料球座的冲蚀中,双涂层(有机涂层+碳化钨涂层)球座的耐冲蚀能力优于碳化钨涂层和硬质合金球座。结论设计双锥面结构球座时,合理地选择锥面角度能够有效提升球座的耐冲蚀性能,否则会导致球座的抗冲蚀性能下降。对球座进行表面喷涂强化处理时,较单一涂层而言,选择双涂层的抗冲蚀能力更好。

• 单位
  石油大学机电工程学院