张 逾 朱虎宝 中石油山东输油有限公司 山东日照 276800



输油管道中固体杂质对管壁的冲蚀影响——正弦屈曲管柱环空两相流数值模拟及冲蚀预测

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【文章摘要】

液固两相流体在环空间隙中的流动会造成管柱外壁冲蚀损伤，会影响管道剩余强度。而受到轴向力作用管柱屈曲后，环空流道发生改变，加剧颗粒对管柱外壁冲蚀作用。因此，根据细长管柱屈曲变形特点，进行了正弦屈曲管柱液固两相环空流动及冲蚀数值预测，研究了颗粒撞击速度与角度对冲蚀速率的影响，得到正弦屈曲管柱外壁冲蚀危险区域与冲蚀速率周期，为准确预测环空压裂过程管柱冲蚀损伤提供了理论依据。

【关键词】正弦屈曲管柱；环空压裂；数值模拟；冲蚀

0 引言

细长管柱屈曲后环空流道呈现几何不规则性，紊流及二次流严重。螺旋流动状态下，环空周向剪切力增加，从而影响管柱外壁受液体剪切作用，尤其压裂液具有粘弹性流体流动性质，当加入固相支撑剂颗粒后，螺旋流四周可形成稳定的连续膜流动，分层流外弯侧颗粒浓度最大。固粒沿截面分布的的对称性与沿回转半径分布的均匀性，导致螺旋管流挟带固粒的高浓度。

1 计算模型建立

图1　连续管柱屈曲结构图

图2　正弦屈曲管柱外壁颗粒撞击速度图

正弦屈曲管柱环空流动及冲蚀模拟主要包括：液体流动计算、固相追踪以及颗粒对壁面冲蚀计算三方面内容。……