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油气田高压三通管件冲蚀磨损研究

文档作者：张继信１樊建春２骆嘉宝１甘济１卜朗１文档来源： 1. 北京石油化工学院 2.中国石油大学（北京）		点击数：	更新时间： 2023年04月23日
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收稿日期：２０１６-０６-２２
基金项目：北京石油化工学院“ 科技创新资助项目”
（１５０３１８６２００５ ／０１４ ） ； 国家自然科学基金资助项目
（５１２７５５２８） ；十二五国家科技重大专项（２０１１ＺＸ０５０４８ ） ；北京
石油化工学院北京市大学生科学研究与创业行动计划［ＶＲＴ ］
资助项目（１６０３２０８２００１１１６３） 。
作者简介：张继信，男，博士，讲师，研究方向为压力容器、压
力管道安全保障技术，Ｅ-ｍａｉｌ ：ｚｊｘ＠ ｂｉｐｔ ．ｅｄｕ ．ｃｎ 。
第２４ 卷　第４ 期
２０１６ 年１２ 月
北京石油化工学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
Ｐｅｔｒｏ-ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ ．２４ 　Ｎｏ ．４
Ｄｅｃ ．２０１６ 油气田高压三通管件冲蚀磨损研究
张继信１ ，樊建春２ ，骆嘉宝１ ，甘　济１ ，卜　朗１
（１. 北京石油化工学院，安全生产工程技术研究院，北京１０２６１７ ；
２. 中国石油大学（北京） ，机械与储运工程学院，北京１０２２４９）
摘要：为准确掌握高压三通管件在不同工况下管内多相流的流动规律以及冲蚀磨损破坏情况，在高
压管汇材料冲蚀磨损试验的基础上，应用计算流体力学方法及ＦＬＵＮＴ 软件建立了适合于水力压裂工
况的液固两相流数学模型及冲蚀计算模型，得到了在不同流动方式下，三通管件内液相及固体粒子的流
动规律以及三通管件冲蚀磨损的分布规律，研究结果可以为油气田高压管汇的设计、制造、重点部位的
监测等安全防护技术提供参考依据。
关键词：三通管件； 压裂液； 冲蚀磨损； 数值模拟
中图分类号：ＴＧ１７２ 文献标志码：Ａ
　　油气田生产作业时，三通管件是地面设备
中的主要输送管件之一，也是高压管汇的重要
组成部分。在油气田水力压裂施工中，由于三
通结构的特殊性，三通管件与弯头一样也是容
易发生冲蚀磨损的高压管件［１-４ ］ 。与弯头相比，
三通管件的管内流动方式更加复杂多样，准确
预测不同流动方式下三通管件的冲蚀磨损分布
状况并制定相应的检测与监测措施，对保证高
压管汇的安全运行具有重要的现实意义。当
前，国内外相关人员针对弯头冲蚀的研究较多，
对于压裂工况下，高压三通管件的冲蚀磨损研
究文献较少［５-７ ］ 。在冲蚀磨损试验基础上，笔者
利用材料冲蚀磨损试验以及计算流体力学方
法，研究水力压裂工况下三通管件内部多相流
速度变化规律及其对管件冲蚀磨损的影响，对
比研究不同工况下，三通管件的冲蚀磨损分布
状况，以及主要影响参数对管件冲蚀的影响规
律，为高压管汇优化设计及使用过程中的安全
可靠性提供参考。
１ 　试验部分
水力压裂施工时，携砂液中的高流速、高强
度、高硬度的支撑剂颗粒是地面高压管汇设备
以及压裂管柱冲蚀破坏的主要因素。对于高压
管汇冲蚀磨损试验装置来说，全尺寸的冲蚀试
验装置有一定的优势，能最大程度模拟水力压
裂施工时的实际工况，但是，在实验室条件下，
对高压管汇加载高流速、高压力难以实现，危险
性较大，并且高压管件加工工艺复杂，尺寸结构
多样，加工大量全尺寸试样成本昂贵。因此，笔
者的研究方法是：（１）根据管汇材料的冲蚀磨损
试验确定主要的冲蚀影响参数如冲蚀角函数、
流体速度影响函数等；（２）根据试验结果建立冲
蚀计算模型；（３）根据冲蚀计算模型，结合流体
力学方法，利用ＣＦＤ 软件模拟研究全尺寸三通
管件的冲蚀磨损特性。
１. １ 　试验装置
冲蚀磨损试验装置常见的试验平台有旋转
型和喷射型装置，笔者搭建的冲蚀磨损试验平
台为射流型冲蚀试验机，主要包括ＰＬＣ 控制系
统、搅拌系统、射流系统、冲蚀室等。试样的冲
蚀攻角可调节，冲蚀介质的速度可通过调节变
频器控制砂浆泵流量，或调整主管道和旁路的
调节阀以及改变喷嘴大小等方法来实现万方数据 。

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