油井管柱抗冲蚀性能研究进展.pdf

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1、2011年第10期化学工程与装备2011年10月卢斌：油井管柱抗冲蚀性能研究进展ChemicalEngineering&Equipment159油井管柱抗冲蚀性能研究进展卢斌，李臻，邹云（西安石油大学，陕西西安710065）卢斌：油井管柱抗冲蚀性能研究进展摘要：冲蚀是影响油井管柱使用寿命的主要原因之一。本文通过查阅国内外相关文献，综述了影响力较大的冲蚀理论、冲蚀影响因素及其局限性。最后对削弱、防治油井管柱冲蚀的方法和油井管柱冲蚀方面待研究的问题进行了探讨和归纳。关键词：油管；套管；冲蚀；实验装置油井管柱作为石油开采的必需设备是

2、指将油井管根据和总结了防治冲蚀的方法和措施以及油井管柱冲蚀待研究工作需要用专用螺纹连接而成的不同长度的管柱，主要包括的问题。钻柱、套管柱、油管柱。工作时，先由钻柱钻井，然后把套1冲蚀理论管柱下入钻柱钻好的井中形成井眼，最后再把油管柱下入套（1）冲蚀的微切削理论塑性材料的微切削理论认为，[1]管柱内，这样就构成了地下油气层与地面的通道。油井管磨粒如同一把微型刀具，滑过靶材表面时，材料被切除因而[3]柱的安全可靠性和使用寿命直接影响到石油的开采，制约着产生磨损。石油工业的发展和进步。在影响油井管柱安全可靠性和使用（2）变形磨碎理论

3、变形磨损理论是以冲蚀过程中能寿命的众多因素中，流体对油井管柱的冲蚀是主要原因之一量平衡为主要出发点，即颗粒冲击靶材时，只有入射粒子对（如图1）。靶材的冲击达到并超过靶材的屈服极限，靶材才有可能出现冲蚀是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出弹性变形或塑性变形。现破坏的一类磨损现象，即含有固体粒子的流体与材料表面（3）脱层理论冲蚀和其他磨损方式相似，是由力学[2]接触并做相对运动引起材料表面损耗。由于油井管柱内流因素造成的，同样经历由亚表层裂纹成核长大到屑片脱离母动的高速、高压的流体的冲蚀作用引起管柱管壁由厚变薄不体的过程。仅

4、导致其强度下降，降低使用年限，还存在有毒、有害气体（4）第二次冲蚀理论在冲蚀过程中，第一次冲蚀靶泄漏的安全隐患。如果维修、更换不及时，最终造成油井管面后破碎的脆性粒子碎片会对靶材表面产生第二次冲蚀，冲柱破裂而引发安全事故，造成巨大的经济损失，因此研究材蚀即是上述过程重复的结果。料的冲蚀行为及机理，对合理选材、减少损耗、提高经济效（5）锻造挤压理论当靶材表面受到冲蚀颗粒冲击时，益具有重要意义。先是靶面氧化层因受到冲击而开裂，表现为出现凹坑和凸起的唇片，随后的冲蚀粒子对唇片进行反复冲击“锻打”，压痕四周堆积的金属会因受多次冲击而形

5、成畸变层，使靶面加工硬化，因此它较母材坚硬，其脆弱部分因遭受四周挤压而凸向表面，被挤出的母材受冲击发生变形，并以鳞片状磨屑从畸变中流失。（6）脆性材料的冲蚀机理由于脆性材料和塑性材料微观组织和力学性能不同，脆性材料在受到足够应力直接出现裂纹并很快脆断而不发生塑性变形，通常在粒子冲击靶材图1井下安全阀局部冲蚀形貌部位附近存在缺陷的地方极易产生裂纹。（从左向右为安全阀从下向上的方向）2冲蚀的影响因素本文通过查阅国内外大量的相关文献，综述了目前影响2.1环境因素[3-7][8-9]（1）冲蚀角度冲蚀角度也称为攻角，是指粒子冲击力较大

6、的冲蚀理论、冲蚀影响因素及其局限性，探讨160卢斌：油井管柱抗冲蚀性能研究进展表面时入射轨迹与靶材表面的夹角。大量实验结果表明，材进设计或流体特性，使其有利于减少冲蚀，例如设法减少流料的冲蚀失重率和粒子入射角度有密切关系，攻角与冲蚀率体中的颗粒物、降低流体中腐蚀性气体的含量等。的关系几乎不随入射粒子种类、形状及速度而改变。但是，只有了解清楚材料的冲蚀机理，有的放矢的研制（2）冲蚀速度粒子冲击靶材表面，当粒子速度低于新材料，才能使上述措施得以实现，达到削弱、防治冲蚀的冲蚀临界速度时材料不会发生流失，无冲蚀可言。目的。（3）冲蚀时

7、间靶材是塑性材料时，粒子对靶面的冲5待研究的问题蚀是一重复和累计的过程，即首批粒子冲蚀靶面不一定立即经过国内、外研究者多年的研究，到目前为止仍未能建发生冲蚀，只是简单的使使它加工硬化、表面粗糙，但在后立起较完整的材料冲蚀理论，他们只是根据实际实验情况建来的粒子冲击下，材料表面会逐渐发生流失并过渡到冲蚀率立了各自的冲蚀理论和模型，这些理论和模型都在一定范围相对稳定的阶段。对于脆性材料，表面首先产生裂纹及裂纹内解释了冲蚀现象，但都存在一定的局限性。扩展，到一定程度后导致材料的流失。冲蚀磨损研究方法一般分为试验研究和数值模拟两种[1

8、0]（4）环境温度温度对冲蚀的影响难以用简单规律描方法：通过特定冲蚀物颗粒对试验材料的冲蚀，得出一定述，需要根据实际情况进行深入细致的研究。的经验公式，并建立相应的冲蚀模型；通过有限元等方法对2.2磨粒性能冲蚀行为进行数值模拟和动力学分析，得到所需的冲蚀参（1）粒度冲蚀及磨料