在油气压裂作业中,高压管汇常因流体的剧烈非稳态流动而发生管体振动,造成管体受复杂动载作用并引发泄露事故,同时管汇在高速携砂液冲蚀磨损条件下,管体易发生应力开裂和刺漏等冲蚀失效。因此,开展高压管汇流固耦合振动特性分析和管汇安全检测评价研究具有非常重要的意义,本文开展了高压管汇流固耦合振动的仿真模拟,分析了管体振动的动力学特性,并为在役高压管汇的冲蚀损伤提供了磨损理论基础和磁记忆检测标准,开展了以下研究工作:(1)通过在管段进水口处先后施加连续脉冲压力和恒定压力,仿真计算了高压管汇直管段、弯管段、预制冲蚀损伤弯管段的振动位移、速度和应力特性,研究了管汇结构对管体振动的影响和流固耦合作用对管汇等效应力分布状态的影响。研究结果表明:水压在弯管弯折处产生的结合部流固耦合对管体振动的动力学特性影响较大;同时连续脉冲水压对结合部流固耦合振动的速度均值影响较大,但对速度幅值影响较小;预制冲蚀损伤弯管段在水压作用时,冲蚀损伤处发生等效应力高度集中的现象。(2)采用模拟现场作业环境的水流携砂喷射法对管汇常用管材35CrMo钢进行了冲蚀试验,研究了35CrMo钢冲蚀失重量分别与冲击角度、冲击速度的定量关系;然后通过扫描电镜(SEM)观测试样冲蚀区的微观形貌分析了磨损机理,并提出了评价35CrMo钢冲蚀程度的经验公式。研究结果表明:35CrMo钢冲蚀失重量随冲击速度和砂粒粒径的增加而增大,同时在冲击角度为30°时达到最大值。低冲击角度时,砂粒的切削作用是导致材料流失的主要原因;高冲击角度时,材料主要受砂粒的挤压变形作用而发生损伤。35CrMo钢的切削失重量和总冲蚀失重量对于冲击角度、冲击速度的变化较为敏感,同时变化趋势十分相近。(3)采用金属磁记忆检测技术,研究了高压管汇磁记忆检测信号的特征参量与壁厚、壁厚变化量的定量关系。通过将高压管汇壁厚设计为等值递增和不等值递增两种形式,拟合了磁记忆检测信号的特征参量与壁厚、壁厚变化量的定量关系。研究结果表明:磁记忆信号梯度值与管汇壁厚呈线性递增关系,信号梯度波峰值和信号梯度峰宽值分别与管汇壁厚变化量呈线性递增关系。(4)利用冲蚀磨损试验机和磁记忆检测装置,研究了35CrMo钢在水力压裂条件下,不同冲击速度和拉伸载荷作用时的冲蚀表面的磁记忆现象,以及磁记忆现象与表面形貌、冲蚀率等表征磨损程度的物理量的关系。研究结果表明:磁记忆信号的交点距、梯度峰值反映了冲蚀损伤宽度,梯度峰峰值、梯度峰值反映了冲蚀损伤的深度和冲蚀磨损量,梯度峰值反映了冲蚀损伤应力集中程度,梯度峰峰值的增量反映了冲蚀磨损的变化速率。固液冲蚀低速轻载条件下,35CrMo钢冲蚀面的交点距、梯度峰峰值、梯度峰值、试样冲蚀磨损量均随冲击速度与拉伸载荷的增大而增加。本文通过对高压管汇振动现象的仿真计算,研究了流固耦合作用引起管体振动的动力学特性;利用试验变量与信号参数拟合等研究方法,建立了高压管汇冲蚀磨损性能与外部环境参数之间的关系;同时拓展了磁记忆检测技术在高压管汇冲蚀磨损的探伤方面的应用,为在役高压管汇的冲蚀损伤和振动破坏提供理论基础和检测标准。研究成果可以有效降低管体振动引发的管汇结构破坏和冲蚀失效导致的刺漏、开裂、泄漏等事故。