304不锈钢在粘弹性表面活性剂流体中冲蚀性能研究

发布时间：2020-12-13 19:06

　　粘弹性表面活性剂流体的内部可形成长度为几个微米的蠕虫状胶束,是一种储层伤害低的新型环保型油田工作液,用于磨料水射流辅助钻井、射孔以及压裂作业时具有摩阻低、携砂性好、返排彻底等优点。然而在磨料水射流和大排量压裂施工过程中,流体需要携带大量固相颗粒,大排量携砂压裂液对井下工具、管柱内壁以及喷嘴等产生了严重的冲蚀。作业过程中,因为非牛顿流体独特的流变特性,使其携砂能力区别于牛顿流体,进而产生了不同于牛顿流体的冲蚀行为。本文以十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)和水杨酸钠(Na Sal)为配方的粘弹性表面活性剂流体为研究对象,首先运用流变仪研究了三种不同配方的粘弹性表面活性剂流体的流变特性,得到了描述其流变行为的本构方程。然后利用CFD数值模拟方法,结合淹没式喷射实验装置,研究了304不锈钢在清水和三种不同浓度的粘弹性表面活性剂溶液中的冲蚀行为。结果表明,304不锈钢材料在四种溶液中的冲蚀速率具有明显差异。储液罐加入1%的固体颗粒,由于溶液的粘弹性不同,导致携砂能力不同,进而导致试样表面颗粒的冲击数目、冲击角度以及冲击速度不同。清水的携砂能力最差,试样表面的冲击颗粒数目最小;0.7wt%OTAC与... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 粘弹性表面活性剂流体研究现状
        1.2.2 冲蚀理论国内外研究现状
        1.2.3 冲蚀研究方法国内外研究现状
    1.3 本文研究内容
    1.4 技术路线及创新点
        1.4.1 技术路线
        1.4.2 创新点
第二章 粘弹性表面活性剂溶液流变性能研究
    2.1 粘弹性流体流变测试原理
        2.1.1 粘弹性流体的粘性及测量原理
        2.1.2 粘弹性流体的弹性及测量原理
    2.2 实验试剂
    2.3稳态剪切和动态振荡剪切实验
    2.4 VES流体流变实验结果讨论与分析
        2.4.1 OTAC浓度对粘弹性流体剪切流变的影响
        2.4.2 NaSal浓度对粘弹性流体剪切流变的影响
    2.5 粘弹性表面活性流体本构方程参数拟合
    2.6 本章小结
第三章 表面活性剂流体冲蚀数值模拟
    3.1 流场及冲蚀数值模拟方法
        3.1.1 流场计算
        3.1.2 颗粒轨迹计算
        3.1.3 幂律流体本构方程
        3.1.4 冲蚀壁厚损失计算
    3.2 模型建立及边界条件设置
        3.2.1 几何模型的构建及网格划分
        3.2.2 网格无关性验证
        3.2.3 边界条件设置
    3.3 数值模拟结果分析与讨论
        3.3.1 液相流场分析
        3.3.2 颗粒运动分析
        3.3.3 冲蚀速率分析
    3.4 本章小结
第四章 粘弹性表面活性剂流体中不锈钢冲蚀实验研究
    4.1 实验材料与方法
        4.1.1 实验材料
        4.1.2 溶液配制
        4.1.3 实验方法
    4.2 实验结果
    4.3 冲蚀轮廓和扫描电镜结果讨论
    4.4 冲蚀实验与数值模拟对比
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文


【参考文献】：
期刊论文
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[2]加砂压裂中固体支撑剂对压裂管道的冲蚀磨损研究[J]. 刘洪斌,牟浩.  中国安全生产科学技术. 2018(01)
[3]磨料水射流冲蚀金属损伤形貌特征及机理研究[J]. 陈晓晨,邓松圣,管金发,陈明,陈雁.  摩擦学学报. 2018(01)
[4]非牛顿流体固粒悬浮流的若干问题[J]. 张培杰,林建忠.  力学学报. 2017(03)
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[7]水力喷砂射孔技术在煤层气开发中的应用[J]. 袁玉,赵金,曹立虎,胡亚斐,任勇.  煤炭科学技术. 2016(05)
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本文编号：2915027