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摘要
在页岩气开采过程中，井里采出的页岩气会携带大量的砂粒等杂质，在经过分离器气液分离之后，底部携砂污水在高压驱动下，会使高速流动的砂粒对排污阀造成严重的冲蚀。针对该问题，以川南长宁地区生产井为例，建立相应计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型，基于ANSYS Fluent求解器，针对不同压力、砂质量流量和颗粒特性条件下，对排污阀的冲蚀情况进行模拟分析。模拟结果表明：分离器运行压力越大，砂量质量流量越大，冲蚀速率及年冲蚀厚度逐渐增大，并呈现线性相关关系；颗粒形状系数越小，砂粒粒径越大，冲蚀速率以及年冲蚀厚度急剧增大；运行压力为1.5～5.5 MPa时，年冲蚀厚度为8.6～76.1 mm,根据行业标准得知目前的排污系统存在快速减薄穿孔现象。为此提出了一种新型的排污系统改进方案，并对该方案进行验证模拟分析。模拟结果表明，当排污管内流速为12 m/s时，排污阀最大冲蚀速率为4.53×10-5 kg/(s·m2),折算成年冲蚀厚度为0.9 mm,相较于未改进的排污系统，缓蚀率可达99.7%以上。
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单位西南石油大学; 中国石油西南油气田分公司天然气研究院
