高压含硫天然气对井口节流橇冲蚀的数值模拟及现场验证

[目的]高压含硫天然气节流过程对节流橇有明显的冲蚀破坏作用,因此采取合理的检测手段非常重要。[方法]以川西北气矿双鱼石下二叠统气藏L004-X1井口节流橇为研究对象,采用Fluent软件建立数值模型,模拟井口压力103MPa的高压条件下的流场及冲蚀过程。分析了现场工况下节流橇内的压力场与速度场,研究了天然气中固体杂质颗粒的质量流量、入口速度、直径及节流橇前后压降对节流阀体冲蚀的影响,并采用超声波相控阵技术对现场L004-X1井出口段测温测压套开展了在线、离线壁厚检测,以验证节流橇冲蚀数值模拟及现场不停产在线检测的可行性。[结果]阀芯内壁面的冲蚀形貌以点状分布为主,出口段测温测压套的冲蚀形貌为连续片状分布,并且由于重力原因导致出口段测温测压套中位于下方的C面冲蚀最为严重。阀芯冲蚀最严重部位为阀芯内壁面,其次为阀芯出口处。冲蚀速率随颗粒的质量流量、入口速度的增加而增大,随颗粒直径的增大而逐渐减小并趋于平稳。对比数值模拟结果与超声波相控阵现场离线检测结果发现,出口段测温测压套4个面最小壁厚的平均相对误差为4.1%,验证了数值模拟的可行性。超声波相控阵现场在线、离线两种检测方法得到的最小壁厚基本一致,为便于现场操作,推荐使用在线检测方式。[结论]研究成果可为现场节流方案制定与节流橇的检测提供理论参考,但数值模拟研究中并未考虑H2S腐蚀的影响,后续可结合不同气体压力与速度的H2S腐蚀实验来进行更准确的冲蚀速率预测。(图12,表2,参20)