高产天然气井放喷管汇弯管冲蚀磨损特性研究

作者：敬佳佳; 唐曦; 陈文斌; 张志东; 万夫; 何莎

来源：表面技术, 2021, 50(12): 329-355.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.12.032

• 高产天然气井
• 放喷管汇
• 气固两相流
• 最大冲蚀速率
• 壁面质量损失
• DPM模型
• Oka冲蚀磨损模型

目的研究高产天然气井气固两相流对放喷管汇的冲蚀机理及规律。方法利用CFD软件对放喷管汇冲蚀进行研究,使用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程求其气相的运动状态,并用离散相模型(DPM)计算出颗粒运动轨迹。然后使用Oka冲蚀磨损模型开展弯管角度、弯管位置、放喷量等5种因素与壁面冲蚀规律研究,最后使用最大冲蚀速率、壁面质量损失以及管汇刺漏时间等3种指标评价管汇的冲蚀特性。结果在控制单因素变量的前提下,随着含砂率从1%增长到5%时,弯管最大冲蚀速率增加了约4倍;随着放喷量从3.0×105m3/d增加到5.1×106m3/d时,最大值出现在1.0×106m3/d附近,弯管最大冲蚀速率相比3.0×105m3/d增加了3.7倍;当弯管角度从90°增加到165°时,最大冲蚀速率下降了85%,但120°弯管最大冲蚀速率最大;随着弯管距出口距离从5 m增加到30 m时,最大冲蚀速率下降了86%;当颗粒形状系数从0.67增加到1时,最大冲蚀速率增大了5倍。结论含砂率与最大冲蚀速率相关度最大,弯管位置与最大冲蚀速率的相关度最小。最大冲蚀速率随含砂率、颗粒形状系数的增加而增大,随弯管角度和距出口直管段长度的增加而减小,但120°弯管冲蚀最严重。随放喷量的增加,弯管最大冲蚀速率呈现出先增大、后减小、最后趋于平稳的规律。

• 单位
  石油大学机电工程学院; 西南石油大学