材料冲蚀磨损的数值模拟研究现状及展望

总结了几种经典的冲蚀磨损理论模型,分析了各个模型的优缺点,认为至今仍没有一个公认的普遍适用的理论模型可用于预测材料的抗冲蚀性能。综述了国内外冲蚀磨损数值计算模型,发现以往的冲蚀数值模型很少涉及到温度对冲蚀的影响,对多粒子冲蚀的模拟与实际工况仍存在较大差距。介绍了冲蚀模拟中对冲蚀模拟的准确性具有至关重要作用的关键技术,包括材料本构模型、失效准则、数值计算算法,接触计算算法等,最后提出了冲蚀磨损今后的研究和发展方向。

套管固井滑套冲蚀磨损模拟分析与试验研究

为准确分析套管固井滑套长时间在固液两相流中冲蚀后的磨损情况及可靠性,在进行冲蚀理论分析和数值模拟的基础上,利用研制的冲蚀磨损试验装置,研究了特定工况下固井滑套带孔短节的冲蚀磨损情况,分析了滑套孔眼冲蚀磨损速率与孔眼数量、砂比及排量的关系,建立了冲蚀磨损速率新模型,研究了滑套带孔短节孔眼过流能力与冲蚀磨损速率的关系;同时,结合数值分析结果和试验数据,得到了A型材质滑套短节的冲蚀磨损系数。研究结果表明,当滑套孔眼为2个时,含砂流体对滑套孔眼周边的冲蚀磨损较为明显,且滑套孔眼冲蚀磨损速率与砂比呈线性关系,与排量呈指数关系。该研究结果可为套管固井滑套可靠性评估提供理论依据,且能够指导滑套压裂工具的现场应用。

冲蚀与空蚀交互磨损三相流场仿真与试验研究

基于计算流体力学方法,数值研究在模拟水轮机工况下,冲蚀与空蚀交互作用时,试件表面上汽液固三相流场的动力学特性(压力场、速度场、汽相体积比分布),然后在转盘式磨损装置上,进行汽液固三相冲蚀与空蚀交互磨损试验,并对试件微观形貌进行分析。结果表明:数值分析得到试件表面最小和最大压力值、气泡速度最大值和汽相比例最大值均出现在空化孔附近,其他位置基本不变,说明空化孔附近交互磨损比单一空蚀磨损严重。就某一空化孔而言,顺着转盘旋转方向的孔边某一夹角展开区域汽相比例较大,并且出现最小和最大压力;从试件微观磨痕分析,其上存在短程犁沟和空蚀孔,磨痕呈现规律性。仿真的气泡轨迹和试件磨痕基本一致,数值计算结果和试验结果吻合得较好,从而证明了数值分析的正确性和合理性。上述数值仿真为揭示流体机械过流部件冲蚀与空蚀交互作用磨损机理奠定了基础。

油气田设备多相流冲蚀磨损主控因素研究进展

针对油气田开发过程中,大量设备/管道承受高压/高流速多相流体中固相颗粒的冲蚀磨损作用,易导致损伤失效情况,系统梳理了国内外对材料冲蚀磨损主控因素的研究成果,着重分析了金属材料力学特性、多相流体特性、固相颗粒特性和冲蚀磨损条件等4类因素对金属材料冲蚀速率的影响规律,指出了当前油气田设备多相流冲蚀磨损主控因素研究在分析方法方面仍存在不足,并为后续研究工况设置、实验装置使用方式提出了建议。

油田钻采设备过流部件冲蚀磨损研究进展

针对油田开发过程中钻采设备过流部件冲蚀磨损问题,在对现有冲蚀理论进行总结的基础上,系统阐述了冲蚀磨损的微切削磨损理论、变形磨损理论、挤压锻造理论、绝热剪切理论和二次冲蚀理论五种典型冲蚀磨损理论;通过总结分析冲蚀磨损的主要研究方法和国内外研究现状,详细介绍冲蚀磨损试验装置和数值模拟最新研究成果,指出当前钻采设备冲蚀磨损研究存在问题和研究方向,为钻采设备冲蚀磨损防护研究提供理论参考。

我国人工降雨侵蚀相关试验的研究进展回顾

人工降雨试验是土壤侵蚀过程机理研究的重要手段,自20世纪60年代开始,在世界各国得到普遍应用。笔者运用文献法,从时间历程、空间分布、研究主题、试验平台、降雨机类型、试验方法、研究机构及其地区分布等方面,对我国运用人工降雨试验进行侵蚀相关研究的文献资料进行统计分析。结果表明:1)在我国,人工降雨应用于侵蚀相关研究的发展过程可分为3个阶段:20世纪60—70年代的起步阶段、80—90年代的缓慢发展阶段和进入21世纪以后的快速发展阶段。2)我国人工降雨侵蚀相关试验研究集中在黄土高原,主要受试土壤为黄土、红壤、紫色土、黑土和石灰土,热点研究主题是细沟与细沟间侵蚀,主要试验平台是直型坡,主要降雨机类型是静止喷嘴式中的侧喷式和下喷式。3)相关研究机构和文献发表分别集中于北京和陕西;以中科院水保所为首的研究院所和以西北农林科技大学为首的高校是我国人工降雨侵蚀相关试验研究的主导力量,相关试验站和行政管理单位也参与进来。最后分别从降雨装置和模拟方法方面提出人工降雨试验方法存在的问题和今后的前进方向。本研究可为准确把握我国土壤侵蚀模拟试验研究方法提供基础数据,对进一步认识我国的水土保持研究和工作具有重要意义。

水力压裂工况高压管汇冲蚀磨损研究进展及展望

水力压裂施工中,高压管汇内壁承受携砂液中高流速、高强度支撑剂的冲蚀磨损作用,易发生损伤失效。通过总结现有的冲蚀理论和冲蚀试验装置,系统介绍了国内外对高压管汇材料冲蚀磨损问题的研究成果,对比分析了旋转式、喷射式和管流式试验装置对水力压裂工况下高压管汇冲蚀磨损研究的适用性,着重分析了喷射式冲蚀磨损试验中各试验参数对高压管汇冲蚀速率的影响规律;最后指出了当前水力压裂工况下高压管汇冲蚀磨损研究中存在的问题及未来的研究方向。

油气集输管道耐磨涂层研究进展及技术改进方法

概述了油气集输管道的冲蚀磨损现状及相应的耐磨方法,重点论述了有机涂层、陶瓷涂层、金属合金涂层这3种耐磨涂层的冲蚀磨损机理及研究进展。指出现今在油气集输管道上最为常用的有机涂层在抵抗冲蚀磨损方面效果并不显著,而日后进行耐磨处理时应根据各集输管道的实际情况选用最为合适的耐磨涂层。在此基础上进一步提出了提高各涂层耐磨性能的技术改进方法,并对其在油气集输管道上的应用进行了展望。

固体颗粒冲蚀理论与试验研究进展

随着油气资源的不断开发,油气田开发、油气管道输送过程面临的冲蚀磨损问题日趋严重。通过总结分析现有冲蚀理论和冲蚀试验装置,系统介绍了国内外冲蚀问题的最新研究成果,阐述了利用旋转式、射流式或管流式试验装置进行冲蚀试验的新方法,着重分析了管道冲蚀速率的影响因素,并介绍了冲蚀模型的研究进展。指出了当前油气管道冲蚀研究中存在的问题及未来研究方向,对于研究油气管道及设备冲蚀问题,保证油气管道的输送安全,提高油气管道的输送效率具有重要的参考价值和工程意义。

冲蚀磨损在油气管道行业的研究进展

在油气储运过程中,介质所携带的大量固体颗粒极易导致降压、堵塞、腐蚀、磨蚀等现象发生,尤其是管道建设期残余的焊渣以及管输运行期间携带的砂粒,会对管壁及易损件造成冲蚀磨损损伤,引起设备及管件失效,造成严重的经济损失和安全环保问题。深入了解冲蚀磨损现象、掌握冲蚀磨损规律,有利于改善或缓解油气生产储运过程中的磨损问题,进一步推动企业实现经济安全高效运营的目标。在此全面总结了现阶段固体颗粒对材料冲蚀磨损行为的研究现状,提炼了影响冲蚀磨损的主要特征,梳理了适用于不同工况的冲蚀磨损量计算理论模型,总结了探究冲蚀磨损规律的实验方法。同时,提出了当前冲蚀磨损研究的局限性及其存在的短板,简要阐明了适用于油气管道行业冲蚀磨损问题研究的下一步建议。(图3,表2,参60)