油井管材料液固两相流体冲刷腐蚀研究

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P]10、超级13Cr材料都具有良好的综合力学性能,是油田开发中油管、套管常用材料。在压裂等储层改造过程中,携砂压裂液形成液固两相流体,而且液体中一般会含有腐蚀性介质(cr等),此时油井管会受到大排量工况下流体的冲刷和腐蚀协同作用,严重时造成油井管破坏。探讨P110和超级13Cr材料在液固两相流体中的冲刷腐蚀行为,对压裂施工参数优化、防止油井管失效都具有重要的意义。本文采用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,选用油井管常用材料P110和超级13Cr。分别以蒸馏水+石英砂、3.5wt%NaCl溶液+石英砂为介质,研究了冲蚀时间、流速、冲蚀角度、含砂量对两种材料冲蚀速率的影响。在此基础上,定量的研究了以上各因素对两种材料冲刷腐蚀交互作用的影响,结合电镜图片,分析了两种材料在此实验条件下的冲蚀机理。研究结果表明:当介质中含有3.5wt%NaCl时,两种材料的冲刷腐蚀速率远大于无腐蚀性介质;两种材料冲烛速率随流速增加而增加,P110材料冲蚀速率随流速增加没有出现明显的“临界流速”,而超级13Cr材料发生冲刷腐蚀的“临界流速”为5.6m/s左右;两种材料在实验过程中都存在“屏蔽效应’’,即含砂量超过25kg/m~3时,冲蚀速率减小,而P110材料在含砂量为50kg/m~3时,固体颗粒之间的相互作用达到最大,导致冲蚀速率最小;两种材料的失重量均随时间增加而增加,而冲蚀速率为先减小,然后略有增加,冲蚀时间在60min~90min时,P110材料冲蚀速率趋于稳定,而超级13Cr材料冲蚀速率在90min~120min趋于稳定;P110材料在冲蚀角度为45°时冲蚀速率最大,而超级13Cr材料在冲蚀角度为30°和90°时,均存在极大值。在介质为3.5wt%NaCl和石英砂的混合溶液中,两种材料均存在冲刷和腐蚀协同作用,即1+1>2的现象。超级13Cr材料受冲刷腐蚀交互作用比P110材料严重;各因素影响两种材料冲刷腐蚀交互作用的严重程度依次为流速、含砂量、冲蚀时间、冲蚀角度;对于超级13Cr材料,冲蚀角度因素中,冲刷腐蚀交互作用出现“负交互”。P110材料冲蚀破坏机理主要以微切削为主,材料流失在冲蚀角度较小时较严重。对于超级13Cr材料,当冲蚀角度较小的时候,其冲蚀破坏以为切削为主,随着角度增加,正向冲击的冲击力逐渐增加,在冲蚀角度为90°时,可能出现二次冲蚀或变形磨损。
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