压裂双弯头液固两相流冲蚀影响数值分析

在水力压裂过程中,地面高压管汇受管内携砂压裂液的复杂流动影响,长期承受着严峻的冲蚀破坏。在各类高压管汇构件中,弯管的冲蚀损伤最为严重。为改善压裂双弯头冲蚀磨损状况,采用DPM模型、RNG k-ε湍流模型,综合分析了斯托克斯数(St)、重力方向、粒径及流速对串联双弯头冲蚀磨损的影响。结果表明：冲蚀磨损区域主要由St和重力方向共同决定;St<1时,最大冲蚀率随颗粒尺寸增大呈线性增加,St>1时呈指数增长;St相同时,速度对冲蚀磨损程度的影响远比颗粒尺寸强烈;向下流重力方向下,损伤区域随St增加完全转移至第二弯头的临界粒径显著小于向上流临界粒径;重力方向对同向冲击颗粒的冲蚀损伤虽有增强效应,其对冲蚀磨损程度影响远不及颗粒尺寸因素作用大。     

高压管汇动载冲蚀过程磁记忆检测定量研究

针对页岩气开采压裂作业中恶劣工况下极易产生冲蚀损伤的高压管汇在线检测问题，采用自主研发的可施加动载拉伸应力的冲蚀磨损试验机进行了室内固液两相流冲蚀试验，并基于磁记忆检测技术，对常用高压管汇材料35CrMo冲蚀过程进行了在线检测。研究结果表明：在颗粒冲蚀磨损和脉动拉伸疲劳的耦合作用下，试样冲蚀区域出现静载作用下未观察到的宏观裂纹；试样受动载作用时的冲蚀破坏比静载作用时的冲蚀破坏更为严重，冲蚀过程中冲蚀坑深度和磨损量都显著大于静载作用时相应数值；对冲蚀过程中的磁记忆信号进行降噪和梯度处理，信号梯度峰值与冲蚀坑深度呈正线性相关，信号梯度积分值与冲蚀磨损量也呈正线性相关。所得结论可为压裂现场恶劣工况下的高压管汇在线检测提供参考。     

高压管汇冲蚀缺陷脉冲涡流检测数值分析

压裂作业中长周期运行的高压管汇在恶劣工况下极易产生冲蚀损伤，高压管汇的在线检测对保障安全生产尤为重要。为此，针对高压管汇冲蚀缺陷，基于脉冲涡流检测技术，采用Maxwell软件对高压管汇下表面缺陷检测模型进行数值模拟，分析磁感应强度矢量法向和切向分量，探究冲蚀缺陷脉冲涡流检测规律。研究结果表明：一定条件下，脉冲涡流检测高压管汇冲蚀缺陷时，激励电流为1.5 A,激励频率为500 Hz,线圈内径为10 mm时具有较高灵敏度；对于不同角度冲蚀缺陷，可根据差分信号梯度云图中的亮斑形状获得缺陷形状信息；法向检测信号差值与缺陷半径和缺陷深度呈三次多项式关系；线圈中设置铁芯可增加检测信号幅值，一定范围内，铁芯半径对检测效果影响较小。所得结论可为高压管汇冲蚀缺陷脉冲涡流检测装置的研制提供参考。