喷射式冲蚀磨损实验系统及红外光学材料冲蚀行为研究

自行设计和制造了喷射式冲蚀磨损实验系统及双速双盘测速装置,通过对磨料供给系统的改进,提高了磨料供给稳定性和控制精度,采用双速双盘测速装置使喷砂速度的测量精度达到±5%。对红外光学材料Ge、ZnS、MgF2和石英玻璃进行了冲蚀实验,测量了冲蚀磨损对红外透过率的影响,并通过对冲蚀表面的扫描电子显微观测,对冲蚀机理进行了探讨。结果表明,该喷射式冲蚀磨损实验系统能够满足冲蚀实验要求;在相同冲蚀条件下,不同的红外光学材料具有不同的冲蚀率,造成红外透过率不同程度的降低,具有不完全相同的冲蚀机理。

防砂筛管冲蚀试验装置及方法

为了开展防砂筛管冲蚀试验研究和评价,研制出了一套防砂筛管冲蚀试验装置,并确定了试验方法。该装置能够准确控制磨料粒子冲蚀速度和粒子含量,可进行筛管的喷射冲蚀和过流冲蚀试验。测试试验表明,该装置性能稳定,试验结果重现性好。利用该试验装置和试验方法能够更加合理地开展筛管冲蚀试验研究和评价。

清水与非牛顿胍胶溶液中磨料射流冲蚀行为对比

目的分析磨料射流在清水和非牛顿胍胶溶液中颗粒运动特性的差异,揭示非牛顿流体中磨料射流颗粒在近壁面的冲蚀行为,为在非牛顿流体中建立磨料射流冲蚀模型提供依据。方法运用计算流体动力学(CFD)的方法,研究射流过程中清水和胍胶溶液的流场特性,分析流场对高速淹没射流过程中磨料颗粒运动特性的影响,包括撞击壁面的数目、速度和角度的区别。结合喷射式冲蚀实验,将实验结果与不同冲蚀模型预测的结果进行对比,优选出最佳预测模型。结果胍胶溶液的近壁面(150μm)湍流动能高于清水,流速小于清水。在近壁面处的高剪切速率区,由于胍胶溶液的剪切稀释性,导致近壁面黏度下降到3.54 mPa·s,而在远离射流冲击中心的区域,最大黏度值可达25.4 mPa·s。在射流冲击中心区域,与清水相比,胍胶溶液中颗粒撞击靶材壁面的数目更少,撞击速度与撞击角度更小。将DNV、Oka和E/CRC Zhang模型的冲蚀预测结果与颗粒在胍胶溶液中的冲蚀实验结果进行了比较,发现DNV模型对冲蚀的预测不足,Oka和E/CRC Zhang模型预测值超过了实验值,而E/CRC Zhang模型的预测结果与实验值最为接近。结论流体的剪切稀释非牛顿流变性会对射流过程中颗粒的运动产生影响,从而使材料表面出现不同的冲蚀形貌。通过对比不同冲蚀模型的预测值,发现在所涉及的实验工况以及所选择的冲蚀模型范围内,E/CRC Zhang模型是目前研究非牛顿胍胶溶液中固体颗粒冲蚀的首选模型。

石英砂质量分数对防砂筛管用304不锈钢冲蚀速率的影响

在油气井生产过程中,固体颗粒引起的冲蚀磨损是井下防砂工具失效的主要原因之一。利用自制的喷射式试验装置,以清水为介质,分别研究了石英砂质量分数为0.49%、2.99%、3.21%和5.52%的混合流体对SS304不锈钢材料冲蚀速率的影响。研究结果表明:在冲蚀时间0~50 min,由于石英砂存在尖锐棱角,固体颗粒对SS304不锈钢的冲蚀速率较快,100 min以后冲蚀速率小幅度降低且趋于稳定;石英砂质量分数为0.49%时,冲蚀速率达到最大;继续增加石英砂质量分数,材料失质量先略微减小后快速增加,颗粒之间的碰撞消耗动能使得总冲蚀速率降低;石英砂质量分数增加,材料总失质量增加,但冲蚀速率降低。试样扫描电子显微镜(SEM)结果表明:低石英砂质量分数下,试样表面大而深的冲击坑数量较多,粗糙度提高,冲蚀速率和失质量较高;高石英砂质量分数下,试样表面只有小而浅的冲击坑,塑性变形和薄片脱落频繁交互作用导致材料失质量增加。说明冲蚀过程中颗粒间相互碰撞因素会导致冲蚀速率降低。试验结果为SS304不锈钢管材在油气田的应用提供了一定参考。