Page 63 - 机械工程材料2024年第十一期

2024 年 11 月 第 48 卷 第 11 期 Vol. 48 No. 11 Nov. 2024

DOI：10. 11973/jxgccl230319

QT1100 连续油管钢的抗液固两相流冲蚀性能

崔 璐 1, 2 ，杨栩卿 1, 2 ，李佳望 1, 2 ，李明峰 1, 2 ，常文权 1, 2 ，程嘉瑞 1, 2
（西安石油大学 1. 西安市高难度复杂油气井完整性评价重点实验室，2. 机械工程学院，西安 710065）

摘 要： 采用含砂粒清水混合液（携砂液）对QT1100连续油管钢进行液固两相流冲蚀试验，研究
了携砂液冲刷角度（15°，30°，45°，60°，75°，90°） 、冲刷速度（2.4，7.2，12.0，16.9 m · s ）、砂质量浓度（15，
−1
−3
30，45，60，75 kg · m ）、砂类型（尖角形天然石英砂、近圆形人工陶粒砂）和砂粒径（0.063~0.420 mm）
对试验钢抗冲蚀性能的影响，分析了冲蚀损伤机理。结果表明：在试验参数下冲蚀后，试验钢均主
要发生机械冲刷磨损，损伤机理均包括微切削和冲击挤压，其中小角度冲刷以微切削为主，大角度
冲刷以冲击挤压为主。试验钢的冲蚀速率随着冲刷角度或砂粒径的增大先增大后减小，在45°冲刷
角度或者0.15~0.18 mm粒径天然石英砂条件下试验钢的冲蚀损伤最大；冲蚀速率随着冲刷速度增
大而增大，随着砂质量浓度增加先增大，当砂质量浓度为60 kg · m −3 时减小，随后快速增大；相较于
近圆形人工陶粒砂，尖角形天然石英砂的冲蚀速率更大，对试验钢的冲蚀磨损更严重。
关键词： QT1100连续油管钢；冲蚀速率；冲蚀损伤；液固两相流冲蚀
中图分类号：TE983 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2024）11-0055-06

0 引 言 段入口附近，但未进行有关砂类型对连续油管壁面
的冲蚀研究。鄢标等 ［6］ 研究发现，螺旋段连续油管
油井管是由油管、套管、钻杆和井下工具等组
的冲蚀速率随着压裂液中砂质量浓度及冲刷速度的
成的特殊的石油机械装备，是连通地面和油藏的唯
增大而增大。连续油管在压裂工况下的冲蚀磨损问
一通道。连续油管因具有可连续起下、作业周期短、
题非常复杂，其中携砂液的冲刷角度、冲刷速度、砂
成本低等特点，已广泛应用于大庆、长庆、新疆等油
质量浓度、砂粒径和砂类型被认为是引起管材冲蚀
［1］
田 。采用连续油管携砂压裂作业进行油气储层改
损伤的主要因素 ［7-14］ ，因此在研究其抗冲蚀性能时需
造时，携砂液高速流经管内会引起管壁的冲蚀磨损，
要考虑这些关键影响因素。
加速管体损伤，导致连续油管发生刺漏、破裂等失效
QT1100钢是一种高强度低合金钢，可抵抗大气
问题 ［2-3］ 。
腐蚀，制成的连续油管产量高。作者采用喷射式试
目前，对于石油管在压裂工况下冲蚀问题的研
验装置对该油管钢进行液固两相流冲蚀试验，研究
究，主要集中在传统的非连续单根油井管材料上。
了携砂液冲刷角度、冲刷速度、砂质量浓度、砂粒径、
虽然这些研究成果可以借鉴，但是不能完全照搬应
砂类型等因素对其冲蚀性能的影响规律，分析了其
用于连续油管。随着连续油管压裂技术的推广，连
冲蚀磨损机理。
续油管材料的冲蚀性能研究得到越来越多的关注。
窦益华等 ［4］ 研究了在不同携砂液冲刷速度和冲刷角 1 试样制备与试验方法
度下连续油管外壁的冲蚀危险区域和冲蚀速率的周
试验材料为QT1100 连续油管钢，由长庆油田
期性变化，但未考虑砂质量浓度和砂粒径的影响。
提供，化学成分（质量分数/%）为 0.16C，1.65Mn，
赵签等 ［5］ 研究发现，无论砂质量浓度、冲刷速度和砂
0.025P，0.005S，0.5Si，余Fe；抗拉强度和屈服强度
粒径大小如何，油管的最大冲蚀损伤均发生在斜井
分别为 758 MPa和 689 MPa，硬度为 28 HB，断后
收稿日期：2023-07-10；修订日期：2024-06-26 伸长率为 16%。在试验钢上截取尺寸为 20 mm×

基金项目：陕西省自然科学基金资助项目（2023-JC-YB-376）； 西安 20 mm×5 mm的长方体冲蚀试样，用 360 ，600 ，
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石油大学青年创新团队基金资助项目（2019QNKYCX # #
800 和1200 水磨砂纸逐级打磨测试表面，直至表面
TD10） ；西安石油大学研究生创新与实践能力培养计划项
平整光滑，达到ASTM G73：2010标准要求。将打
目（YCS22214269）
作者简介： 崔璐（1979—），女，陕西西安人，教授，博士 磨好的试样用无水乙醇冲洗干净，烘干后放入干燥
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