杨思齐 樊建春 张来斌

(中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院 北京 102249)

水力压裂是一种广泛应用的油气井开发增产措施，在压裂过程中，高压的压裂液通过地面高压管汇系统运输到井下形成微裂缝，压裂液中所携带的固体颗粒作为支撑剂保持裂缝张开，从而提高油气生产效率[1]。作为关键的压裂设备，高压管汇系统不仅承受极高的内压载荷，还遭受流体中的固体颗粒冲蚀磨损。在整个高压管汇系统中存在大量双弯头元件，高压携砂压裂液在双弯头中多次改变流向,使得双弯头结构极易发生由冲蚀和变形破坏带来的穿孔甚至爆裂等危险事故，对现场作业构成重大威胁[2]。

对于冲蚀磨损问题，许多学者利用试验或数值模拟的方法，在这方面做了大量研究。在冲蚀试验方面，张继信等[3]对30CrMo平板试样进行冲蚀磨损实验，研究了不同冲击速度下材料冲蚀磨损性能。AL-BUKHAITI等[4]开展了泥浆冲蚀试验，研究了不同冲击角度下材料冲蚀磨损变化规律。ARABNEJAD等[5]对不同碳钢材料开展了冲蚀试验研究，分析了材料表面硬度对磨损率的影响。孙秉才等[6]研究了材料应力状态对其抗冲蚀性能的影响。在数值模拟方面，WANG等[7]利用CFD模拟，分别研究了颗粒的粒径及弯头二次流对石油管道冲蚀的影响。陈宇和马贵阳[8]利用DPM模型，对异面三通管在不同流速、不同颗粒直径、不同质量流量下的冲蚀严重度进行了模拟计算。宋晓琴等[9]针对天然气集输管道90°弯头，分别研究了集输压力、重力方向、流速等参数对其冲蚀影响。……