高压管汇冲蚀速率数值模拟新方法研究*

李建亭 曾 云 李 宁

(1.中石化中原石油工程有限公司工程服务管理中心 2.长江大学机械工程学院)

0 引 言

目前在石油工程领域，致密油和页岩气等非常规油气资源的勘探与开发正愈发受到关注[1-2]。随着非常规油气田开发技术的日益发展，对钻完井压裂领域所需求的装备性能要求也越来越高。压裂液的输送需要高压、长寿命的高压管汇，现有的高压管汇受工作环境的制约[3]，寿命不长成为影响油气开发经济效益的关键因素。影响高压管汇服役寿命的主要因素是冲蚀磨损。国内外学者对管汇冲蚀失效因素进行了多方面分析，压裂液固相物理特性和运动特性是主要因素，管壁材料、内部流场结构、温度及压力等是次要因素[4-5]。

在考虑不同因素影响的情况下，目前关于冲蚀速率的计算还是以半经验计算模型为主，各模型预测的结果都不是很精确[6-11]。数值模拟方法给冲蚀速率的计算提供了新的思路，尤其是计算流体力学离散单元法(CFD-DEM)的发展。以有限元和离散单元法为基础，A.UZI等[12]提出了一维侵蚀模型(ODEM)的概念，描述了粒子壁面碰撞特性的一维流动和统计分布。使用单向耦合DPM模型进行侵蚀预测，忽略了粒子间碰撞的影响[13-15]。对颗粒体积分数较小的流体非常有效，但随着粒子体积分数的增大，其准确性受到了质疑。离散元法(DEM)可以作为欧拉-拉格朗日模型的替代，能够模拟粒子间的相互作用，但计算成本较高。在石油天然气领域中，由于实际流场模拟尺度过大，采用离散元法(DEM)求解时计算工作量巨大，不太适合对流场进行模拟。……