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冲蚀

冲蚀(erosion,washout)又称冲刷。在坍塌地层钻井时,由于操作不当,泵入井内的钻井液在环形空间的上返速度过高而形成紊流,直接冲刷井壁,造成井径扩大的现象。防止措施是借助雷诺数控制泵量,使环形空间上返的流体保持平板层流型状态。

冲蚀就是金属材料表面与腐蚀流体冲刷的联合作用,而引起材料局部的金属腐蚀。在发生这种腐蚀时,金属离子或腐蚀产物因受高速腐蚀流体冲刷而离开金属材料表面,使新鲜的金属表面与腐蚀流体直接接触,从而加速了腐蚀过程。若流体中悬浮较硬的固体颗粒,则将加速材料的损坏。 [1]

一般说来,流体的速度愈高,流体中悬浮的固体颗粒愈多、愈硬,冲刷腐蚀速度愈快。腐蚀介质流动速度又取决于流动方式:层流时,由于流体的粘度,在沿管道截面有一种稳态的速度分布;湍流时,破坏了这种稳态速度分布,这不仅加速了腐蚀剂的供应和腐蚀产物的迁移,而且在流体与金属之间产生切应力,能剥离腐蚀产物,从而加大了冲蚀速度。因此,在管道的拐弯处及流体进入管道或贮罐处容易产生这种破坏。另外,金属表面成膜的特征也可以影响冲蚀速度。硬的、致密的、连续的、粘附性强的膜冲蚀速度小,反之则大。 [1]

抑制或减少冲蚀的措施是:选择耐蚀性和耐磨性好的材料;改变腐蚀环境如添加缓蚀剂,过滤悬浮固体粒子,降低温度,减小流速和湍流;采用牺牲阳极作阴极保护等。 [1]

针对气体钻井岩屑造成钻柱严重冲蚀的问题,基于气-固两相流和冲蚀理论,建立了环空岩屑运移模型。在Eulerian坐标系下求解气体连续相流场,在Lagrangian坐标系下对离散相岩屑粒子进行了碰撞求解,采用Grant和Tabakoff公式求解岩屑粒子冲蚀速率,借助实验数据验证了仿真模型。利用该模型研究了气体钻井中钻杆居中以及不同钻杆偏心率、井径扩大率、注气量和机械钻速下环空岩屑粒子运移规律和钻杆冲蚀特性。研究表明,岩屑对钻杆接头及下坡面本体的冲蚀比钻杆本体及接头上坡面严重;钻杆偏心和井径扩大都使局部冲蚀速率峰值增大,且偏心越严重,井径扩大越大,局部冲蚀速率峰值增速越大;机械钻速增大,导致钻杆局部冲蚀速率峰值近乎线性增加;在工程常用注气量范围内,注气量对冲蚀速率峰值和冲蚀速率平均值的影响很小。根据冲蚀规律提出如下建议:减小钻杆斜坡坡度可减少钻杆接头及下坡面的局部冲蚀;采用低转速的空气锤钻井工艺可减缓因偏心引起的局部冲蚀;井眼扩大较大时,增大注气量,通过改变岩屑粒子轨迹,可减少岩屑对钻杆本体的多次冲蚀。 [1]

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