天然气水合物喷射破碎压控滑套冲蚀磨损特性研究

作者：唐洋; 何胤; 姚佳鑫; 孙鹏

来源：表面技术, 2021, 50(02): 254-270.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.02.026

• 天然气水合物
• 压控滑套
• 固态流化开采
• 冲蚀磨损
• 冲蚀率
• 数值模拟

目的研究天然气水合物开采过程中,钻井液对喷射破碎压控滑套冲蚀磨损的影响规律及主要影响因素。方法基于欧拉-拉格朗日算法的DPM模型,建立了滑套冲蚀磨损数值分析模型,预测了压控滑套在使用过程中易发生冲蚀磨损的区域。探究了不同的钻井液粒径、入口液相流速、质量流量及封堵块位置的变化,对冲蚀磨损过程的影响规律。结果压控滑套的易冲蚀区域为封堵块面、过流通道口、内壁面三个位置。在控制单因素变量条件下,易冲蚀区域最大冲蚀率和冲蚀面积随着粒径增大而增大,粒径从0.1 mm增大到1.1 mm时,易冲蚀区域平均最大冲蚀率增大了63.4倍,并在不同粒径段呈现不同变化趋势。随着封堵块与滑套距离减小,易冲蚀区域平均最大冲蚀率增加,距离从50mm降低到5mm时,平均最大冲蚀率增大了3.8倍,并在不同的距离段呈现不同变化趋势;同时随着封堵块与滑套距离减小,内壁面的冲蚀面积降低明显,封堵块和过流通道冲蚀面积没有显著变化。随着入口流速和流体质量流量的增加,易冲蚀区域最大冲蚀率呈现指数增加,流速从6 m/s增大到14 m/s时,易冲蚀区域平均最大冲蚀率增大了9.5倍,流体质量流量从0.001kg/s增大到0.007kg/s时,易冲蚀区域平均最大冲蚀率增大了5.6倍,但冲蚀面积都没有显著变化。结论滑套封堵块面、过流通道和内壁面最易发生冲蚀破坏。冲蚀颗粒直径应该小于0.3 mm为宜,封堵块与滑套距离应该大于30 mm,同时入口流速和质量浓度越小,冲蚀情况越好。综合最大冲蚀率数值及增长倍数分析,粒径是冲蚀率增长的主要因素。该研究为喷射破碎压控滑套的设计和应用提供了指导意义。

• 单位
  西南石油大学