曾德智，張思松，田剛，于會(huì)永，石善志，朱紅鈞

加砂壓裂過(guò)程中套管孔眼抗沖蝕性能分析

曾德智1，張思松1，田剛2，于會(huì)永2，石善志2，朱紅鈞1

（1.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500；2.中國(guó)石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

研究加砂壓裂過(guò)程中，壓裂液排量和含砂比對(duì)套管射孔孔眼沖蝕的影響規(guī)律。運(yùn)用CFD數(shù)值模擬方法，針對(duì)射孔套管內(nèi)流場(chǎng)、流跡特性和顆粒軌跡開(kāi)展模擬分析，并使用E/CRC和Oka沖蝕模型模擬了壓裂施工排量為5～15 m3/min、壓裂液含砂比為8%～23%工況下套管射孔孔眼及附近的沖蝕情況，總結(jié)其影響規(guī)律。隨著排量的增加，孔眼處流速激增，壓降達(dá)到5.5 MPa，但在管底形成一定憋壓。E/CRC沖蝕模型考慮了顆粒數(shù)量的影響，相比于Oka沖蝕模型更適合于壓裂過(guò)程中套管孔眼系統(tǒng)沖蝕的實(shí)際情況，在孔眼處上部流量進(jìn)口方向的沖蝕速度明顯大于下部管道方向，且沖蝕程度向四周逐漸減小，E/CRC模型的最大沖蝕速率由2.14×10?8kg/(m2·s)上升至5.85×10?8kg/(m2·s)。隨著壓裂液含砂比的上升，E/CRC模型在孔眼處的最大沖蝕速率由2.21×10?8kg/(m2·s)上升至95.6×10?8kg/(m2·s)，孔眼附近管壁受沖蝕區(qū)域和沖蝕速率均逐漸增大，并在含砂比達(dá)到20%以上時(shí)，孔眼附近管壁最大沖蝕速率與孔眼處已相差無(wú)幾。排量和含砂比均與孔眼沖蝕速率成正相關(guān)，且含砂比的增大還會(huì)加速孔眼附近管壁的沖蝕。建議在高排量時(shí)使用低含砂比，高含砂比時(shí)使用低排量，以減少孔眼及附近管壁的沖蝕。

加砂壓裂；沖蝕；數(shù)值模擬；套管孔眼；排量；含砂比；固液兩相流

近年來(lái)，頁(yè)巖氣（油）的高效利用已成為國(guó)家能源安全的重大戰(zhàn)略布局，國(guó)家和企業(yè)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)的力度也越來(lái)越大。大規(guī)模加砂壓裂是頁(yè)巖氣（油）高效開(kāi)發(fā)的必要手段，但頁(yè)巖氣（油）井壓裂作業(yè)普遍具有大排量、高含砂比、高泵壓、時(shí)間長(zhǎng)和規(guī)模大等特點(diǎn)。加砂壓裂液在足夠壓開(kāi)地層的壓力下通過(guò)套管射孔孔眼泵入地層，極易對(duì)產(chǎn)層管柱尤其是套管孔眼系統(tǒng)造成沖刷磨損，加砂壓裂對(duì)井筒完整性的破壞已成為制約頁(yè)巖氣（油）安全高效開(kāi)發(fā)的技術(shù)難題之一[1-2]。

沖蝕問(wèn)題早在20世紀(jì)初期就受到了研究人員的廣泛關(guān)注。進(jìn)入21世紀(jì)，計(jì)算流體力學(xué)Ansys–Fluent、CFD等數(shù)值模擬方法在油氣田領(lǐng)域的沖蝕預(yù)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。李皋等[3]、林鐵軍等[4]、zhu等[5]基于計(jì)算流體力學(xué)，利用Ansys DM、CFD軟件建立了氣體鉆井過(guò)程中的沖蝕模型，研究高速攜砂氣體對(duì)鉆具和套管內(nèi)壁的沖蝕問(wèn)題。Suzuki等[6]、zeng等[7]、張恩博等[8]、樊艷芳等[9]、陳東波等[10]針對(duì)氣固兩相流對(duì)彎管、變徑管、井口四通造成的沖蝕問(wèn)題，在流體力學(xué)和沖蝕理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了三維CFD數(shù)值模擬研究。Crump等[11]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方法，使用不同濃度的砂漿以不同速度泵入多孔套管，研究了其沖蝕程度和壓力系數(shù)的變化。鐘功祥等[12]和易先中等[13]通過(guò)DPM沖蝕模型，利用Fluent軟件研究了水力壓裂時(shí)支撐劑顆粒進(jìn)入彎管和快接管匯裝置四通部位的沖蝕磨損規(guī)律。向正新等[14]基于固液兩相流和沖蝕理論，建立了壓裂球座沖蝕模型，分析了球座沖蝕磨損原因。黃中偉等[15]通過(guò)將現(xiàn)場(chǎng)工具磨損情況與數(shù)值分析結(jié)果相結(jié)合，研究了多級(jí)壓裂時(shí)井下工具內(nèi)部流道附近易磨損區(qū)域形成的原因?？梢?jiàn)，目前加砂壓裂沖蝕方面的研究成果主要集中于地面管線、井口裝置和井下工具，對(duì)套管射孔孔眼沖蝕的研究鮮見(jiàn)報(bào)道，孔眼處的流場(chǎng)和壓力場(chǎng)與地面管線、井口裝置和井下工具均有較大差異，套管-孔眼系統(tǒng)沖蝕規(guī)律尚不明確，而套管射孔孔眼的沖蝕對(duì)井筒完整性和壓裂效果均具有顯著影響，亟需關(guān)注。

為此，本文以油氣田加砂壓裂所用套管為研究對(duì)象，基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件ANSYS–FLUENT 2020R2，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況，研究了加砂壓裂過(guò)程中壓裂施工排量及壓裂液含砂比對(duì)套管孔眼及附近的沖蝕并總結(jié)其影響規(guī)律，為現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工作業(yè)提供技術(shù)參考。

1 模型選擇

1.1 幾何模型

選用油氣田加砂壓裂作業(yè)時(shí)常用的139.7 mm套管為研究對(duì)象，其壁厚為10.54 mm，內(nèi)徑為118 mm。作業(yè)時(shí)管上均設(shè)有多個(gè)孔眼，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總的施工排量和單段孔眼數(shù)計(jì)算出單個(gè)孔眼的排量范圍，再換算成單孔液相流速，研究其沖蝕規(guī)律。假定射孔孔眼為規(guī)則的圓孔，直徑為10 mm，則可構(gòu)建如圖1所示的管內(nèi)流域模型。采用Mesh網(wǎng)格劃分軟件對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格種類(lèi)均為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，總網(wǎng)格數(shù)為471 781個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為132 901個(gè)，劃分5層邊界層。

1.2 流體控制方程

液相作為連續(xù)相攜帶固相顆粒高速運(yùn)動(dòng)，連續(xù)性方程為：

動(dòng)量守恒方程為：

圖1 模型幾何結(jié)構(gòu)

式中：為液體連續(xù)相的密度，kg/m3；為連續(xù)相液體的速度，m/s；為壓力，Pa；為作用在流體微元上的黏性應(yīng)力，N；g為液體連續(xù)相所受重力，N；m是離散相固體小顆粒對(duì)液體連續(xù)相所產(chǎn)生的動(dòng)量增量，kg·m/s。

在本研究中，高速流體介質(zhì)攜帶固相顆粒屬于湍流流動(dòng)。目前，標(biāo)準(zhǔn)–模型是使用較為廣泛的雙方程模型的湍流模型，由Launder和Spalding率先提出[13]。該方程由一個(gè)方程模型作為基礎(chǔ)，并引入一個(gè)湍動(dòng)能耗散率方程。標(biāo)準(zhǔn)–模型中，湍動(dòng)能方程為：

在加砂壓裂作業(yè)時(shí)，含砂比可超過(guò)20%，且在射孔孔眼處易形成顆粒聚集，多相流模型選擇歐拉模型，并開(kāi)啟濃密離散相模型。

1.3 顆粒運(yùn)動(dòng)模型

使用濃密離散相模型（DDPM）來(lái)克服離散相體積分?jǐn)?shù)的限制?？刹捎美窭嗜兆鴺?biāo)描述離散相的運(yùn)動(dòng)[16]，離散相顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡為：

1.4 沖蝕模型

顆粒以特定角度、速度撞擊管壁后會(huì)造成壁面材料磨損。本文基于計(jì)算的流場(chǎng)特征與顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，分別選用Tulsa大學(xué)沖蝕與腐蝕研究中心（E/CRC）提出的沖蝕模型[17-20]和廣島大學(xué)Oka提出的沖蝕模型[21-22]，計(jì)算固體顆粒對(duì)管道的沖擊破壞。E/CRC和Oka沖蝕模型均為管道沖蝕常用的模型，2種沖蝕模型在計(jì)算沖蝕速率時(shí)分別考慮了不同的因素，通過(guò)對(duì)比分析2種模型的計(jì)算結(jié)果，以得到其適用情況。

E/CRC沖蝕模型表達(dá)式為：

表1 E/CRC模型常數(shù)取值

Tab.1 Values of E/CRC model constants

Oka沖蝕模型表達(dá)式為：

表2 Oka模型常數(shù)取值

Tab.2 Values of Oka model constants

1.5 模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本研究方法和模型所得結(jié)果的有效性，選取史懷忠等[23]的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。史懷忠等人采用如圖2所示試驗(yàn)流程，在排量為3 m3/min、含砂比為10%的工況下，累計(jì)噴射20 min，噴嘴直徑由10.6 mm增大至11 mm，噴嘴質(zhì)量減小了0.5 g，由此可計(jì)算出該試驗(yàn)在該工況下最大的沖蝕速率為0.43× 10?3kg/(m2·s)。本文選用Oka沖蝕模型，采用與該試驗(yàn)相同的材料屬性和工況進(jìn)行數(shù)值模擬，得到圖3所示結(jié)果，最大沖蝕速率為0.45×10?3kg/(m2·s)，與試驗(yàn)結(jié)果的最大誤差為0.02×10?3kg/(m2·s)，誤差率小于5%，說(shuō)明本研究所建立的沖蝕模型有效。

圖2 噴嘴耐沖蝕試驗(yàn)流程[23]

圖3 排量為3 m3/min、含砂比為10%時(shí)Oka模型沖蝕云圖

2 計(jì)算方法及工況

2.1 基本假設(shè)及邊界條件

在沖蝕計(jì)算中引入的基本假設(shè)條件為：?jiǎn)卧黧w介質(zhì)為聚合物類(lèi)滑溜水；流體介質(zhì)不可壓縮，并忽略其熱效應(yīng)；套管進(jìn)口與孔眼出口溫度恒定；固體顆粒均為球形顆粒。邊界條件設(shè)置如下。

1）入口邊界條件：采用速度入口，速度為通過(guò)排量計(jì)算的平均單孔流速，表壓為0。

2）出口邊界條件：采用壓力出口，表壓為0。

3）壁面邊界條件：采用光滑無(wú)滑移壁面條件，壁面函數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，邊界層網(wǎng)格+值為50。

4）離散相邊界條件：采用面入射方式從入口邊界均勻注入。

2.2 計(jì)算工況

模擬加砂壓裂在不同排量和不同含砂比工況下射孔孔眼所受到的沖蝕情況，其中顆粒直徑參照現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)設(shè)置為300 μm（45目），模擬工況如表3所示。其中，靶材選用碳鋼套管，維式硬度v為1.34 GPa，帶入表2計(jì)算得到Oka模型的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，表面粗糙度取0.5；流體介質(zhì)密度為1 050 kg/m3，黏度為25 mpa?s；離散相為石英砂，真密度為2 600 kg/m3，視密度為1 400 kg/m3，顆粒直徑為326 μm。分別采用E/CRC沖蝕模型和Oka模型計(jì)算沖蝕結(jié)果。

表3 模擬工況

Tab.3 Simulation conditions

3 結(jié)果與討論

3.1 管內(nèi)流場(chǎng)分析

沿套管及孔眼主通徑取軸向截面，取排量為7～ 15 m3/min工況下的截面流域速率跡線圖和壓力分布圖分別見(jiàn)圖4和圖5。由圖4和圖5可知，流體由上部進(jìn)口進(jìn)入，向中部孔眼出口流出，流場(chǎng)在孔眼附近發(fā)生巨大變化，流道在孔眼處發(fā)生明顯縮徑造成節(jié)流作用，流體流速升高且壓力迅速降低。由流體跡線圖可看出，在孔眼下部管道內(nèi)形成液體聚集，流速基本為0，并在壓力云圖中看出，底部存在一定憋壓。

以排量為13 m3/min工況為例，液體由進(jìn)口9 m/s速度進(jìn)入，在孔眼附近迅速增大，在出口處高達(dá)785 m/s。由于考慮管內(nèi)介質(zhì)均為不可壓縮，進(jìn)出口初始表壓設(shè)置均為0，所以當(dāng)流體流入孔眼處發(fā)生節(jié)流，壓力下降至?5.5 MPa，而套管底部壓力上升至22 kPa。

圖4 流域速率跡線圖

圖5 流域壓力云圖

3.2 顆粒軌跡及沖蝕區(qū)域分析

由于孔眼處顆粒高度聚集，在此選取考慮顆粒數(shù)量影響的E/CRC沖蝕模型在孔眼附近的沖蝕云圖如圖6所示。以排量為13 m3/min、含砂比為11%工況為例，獲取該工況下的顆粒軌跡如圖7所示。由圖6可見(jiàn)，孔眼附近存在大面積沖蝕痕跡，該工況下孔眼最大沖蝕速率為5.08×10?8kg/(m2·s)，最嚴(yán)重的部分位于孔眼右上角和右下角，這主要是由于孔眼右側(cè)為速度入口，大量固體顆粒從該方向涌入孔眼，多次與壁面發(fā)生碰撞?？籽圩髠?cè)的沖蝕速率相較右側(cè)輕微許多，但仍然有大面積沖蝕痕跡。從圖4流體跡線和圖7孔眼附近的顆粒軌跡可知，孔眼左側(cè)雖不是速度入口，但仍有部分流體和顆粒在管內(nèi)回旋之后以一定速度從孔眼出口流出，也會(huì)對(duì)孔眼左側(cè)管壁造成沖蝕。由流域速率云圖可知，越靠近孔眼位置的流體速度越高，固體顆粒與套管內(nèi)壁碰撞的速度也越高，在沖蝕速率上則體現(xiàn)為孔眼處沖蝕集中，四周向外速度逐漸減小。

黃中偉等人通過(guò)模擬管內(nèi)流場(chǎng)和顆粒運(yùn)移，在與現(xiàn)場(chǎng)工具實(shí)際磨損情況對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)：在噴嘴孔眼上部流量進(jìn)口方向，顆粒的運(yùn)移速度和濃度均比孔眼下部要高，會(huì)導(dǎo)致如圖8所示的孔眼沖蝕結(jié)果，孔眼上部及其附近的沖蝕速度明顯高于孔眼下部，程度向四周逐漸減小，與本研究所得結(jié)果一致。

圖6 E/CRC模型沖蝕云圖

圖7 孔眼附近顆粒軌跡

圖8 噴槍內(nèi)流道沖蝕實(shí)物圖[15]

3.3 壓裂施工排量對(duì)套管射孔孔眼沖蝕的影響

壓裂施工排量是影響套管內(nèi)流場(chǎng)的直接因素，也是影響沖蝕情況的主要因素之一。在含砂比為11%的工況下，使用E/CRC沖蝕模型和Oka沖蝕模型，分別模擬了套管射孔孔眼在排量為5～15 m3/min時(shí)6種工況下的沖蝕情況，對(duì)比Oka沖蝕模型與E/CRC沖蝕模型在含砂比為15%時(shí)不同排量工況下孔眼最大沖蝕速率，結(jié)果見(jiàn)圖9—10。以5 m3/min和15 m3/min工況為例，E/CRC沖蝕模型的最大沖蝕速率分別為2.14×10?8kg/(m2·s)和5.85×10?8kg/(m2·s)，Oka沖蝕模型的最大沖蝕速率分別為0.64×10?3kg/(m2·s)和9.8× 10?3kg/(m2·s)。

圖9 含砂比為15%時(shí)不同排量工況下E/CRC模型孔眼的最大沖蝕速率

由圖11和圖12可知，隨著排量逐漸上升，液體流速增大，從而使固體顆粒動(dòng)能增加，孔眼處最大沖蝕速率逐漸增大，且孔眼附近受沖蝕區(qū)域也逐漸增加。排量增大3倍，E/CRC沖蝕模型和Oka模型的最大沖蝕速率分別增大2.73倍和15.31倍。

圖10 含砂比為15%時(shí)不同排量工況下Oka模型孔眼的最大沖蝕速率

綜上可知，2種模型在排量和沖蝕速率上都顯示出了正相關(guān)，但在數(shù)值上卻不在同一量級(jí)。有研究[24-25]表明：Oka模型的計(jì)算精度較高，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果在數(shù)值上有較高的一致性。該模型考慮了硬度對(duì)于速度碰撞指數(shù)的影響和硬度與碰撞角度綜合作用下顆粒入射軌跡對(duì)沖蝕結(jié)果的影響，且Oka模型所使用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自高速氣體中的顆粒沖蝕數(shù)據(jù)，在較低的砂濃度且忽略顆粒體積的情況下可以對(duì)其他模型的結(jié)果進(jìn)行參考和對(duì)比。

3.4 壓裂液含砂比對(duì)套管射孔孔眼沖蝕的影響

壓裂液含砂比也是影響套管射孔孔眼沖蝕的主要因素之一。在排量為11 m3/min的工況下，使用E/CRC沖蝕模型和Oka沖蝕模型，分別模擬含砂比為8%～23%時(shí)6種工況下射孔孔眼的沖蝕情況，見(jiàn)圖13和圖14。由圖可知，隨著加砂壓裂液含砂比的增大，在孔眼處最大沖蝕速率逐漸增大。由圖15—16可知，含砂比由8%增大至23%，E/CRC沖蝕模型的最大沖蝕速率由2.21×10?8kg/(m2·s)增大至95.6× 10?8kg/(m2·s)，Oka沖蝕模型的最大沖蝕速率由4.4×10?3kg/(m2·s)增大至6.7×10?3kg/(m2·s)。

圖11 含砂比為15%時(shí)不同排量工況下E/CRC沖蝕模型孔眼附近沖蝕云圖

圖12 含砂比為15%時(shí)不同排量工況下Oka沖蝕模型孔眼附近沖蝕云圖

圖13 排量為11 m3/min時(shí)不同含砂比工況下E/CRC沖蝕模型孔眼附近沖蝕云圖

圖14 排量為11 m3/min時(shí)不同含砂比工況下Oka沖蝕模型孔眼附近沖蝕云圖

圖15 排量為11 m3/min時(shí)不同含砂比工況下E/CRC模型孔眼的最大沖蝕速率

圖16 排量為11 m3/min時(shí)不同含砂比工況下Oka模型孔眼的最大沖蝕速率

隨著含砂比的上升，管內(nèi)顆粒與壁面碰撞速度略有增加的同時(shí)，顆粒與壁面碰撞時(shí)的數(shù)量大幅度增加，且在高含砂比時(shí)，有部分顆粒未能從孔眼及時(shí)出去，在管內(nèi)高速回旋，與壁面反復(fù)發(fā)生碰撞。如圖13所示，在孔眼處最大沖蝕速率增大的同時(shí)，孔眼附近管壁受沖蝕區(qū)域也逐漸增大，并在含砂比達(dá)到20%以上時(shí)，孔眼附近管壁最大沖蝕速率與孔眼處已相差無(wú)幾。含砂比由8%增大至23%時(shí)，E/CRC模型的最大沖蝕速率增大了43.2倍，Oka模型的最大沖蝕速率只增大了1.52倍，這是因?yàn)閛ka模型的計(jì)算沒(méi)有考慮碰撞時(shí)的質(zhì)量流量或顆粒數(shù)量，所以壓裂液含砂比增大導(dǎo)致顆粒濃度的增大幾乎沒(méi)有對(duì)其結(jié)果產(chǎn)生大的影響。

由于本模型的支撐劑粒子在孔眼出口處高度聚集，顆粒數(shù)量對(duì)沖蝕的影響將不能忽略。E/CRC模型計(jì)算的沖蝕速率結(jié)果相對(duì)Oka模型較小，但計(jì)算時(shí)考慮了顆粒數(shù)量的影響，其結(jié)果也能反映出受沖蝕區(qū)域，且在高含砂比時(shí)結(jié)果更具有參考性，所以E/CRC沖蝕模型更符合本文實(shí)際。

4 結(jié)論

1）建立了加砂壓裂套管孔眼沖蝕模型，并分析排量為7～15 m3/min工況下套管內(nèi)流場(chǎng)，由于進(jìn)出口過(guò)流面積相差過(guò)大，流道在孔眼附近發(fā)生明顯縮徑造成節(jié)流作用，流體在孔眼處流速升高且壓力迅速降低，并在套管底部形成一定的憋壓。

2）當(dāng)排量由5 m3/min上升至15 m3/min時(shí)，E/CRC和Oka模型的最大沖蝕速率分別增大了2.73倍和15.31倍，孔眼在進(jìn)液口方向的沖蝕速度明顯大于套管底部方向，且程度向四周逐漸減??；E/CRC沖蝕模型因考慮了顆粒數(shù)量的影響相比Oka沖蝕模型更適合于壓裂過(guò)程中套管孔眼系統(tǒng)沖蝕的實(shí)際情況，當(dāng)含砂比由8%增大至23%時(shí)，E/CRC沖蝕模型的最大沖蝕速率由2.21×10?8kg/(m2·s)增大到95.6× 10?8kg/(m2·s)。

3）增大壓裂施工排量?jī)H會(huì)增大孔眼處的沖蝕速率及其擴(kuò)散面積，而含砂比的上升不僅會(huì)使孔眼處的沖蝕速率增大，且孔眼附近管壁沖蝕速率也會(huì)增大，并在含砂比達(dá)到20%以上時(shí)，孔眼附近管壁最大沖蝕速率與孔眼處相差無(wú)幾，這會(huì)加速套管壁厚減薄，影響井筒完整性。為減小孔眼及附近管壁的沖蝕，建議在高排量時(shí)使用低含砂比，高含砂比時(shí)使用低排量。

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Analysis of Erosion Resistance of Casing Perforation in the Process of Sand Fracturing

1,1,2,2,2,1

(1. State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2. Research Institute of Engineering Technology, PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Xinjiang Karamay 834000, China)

The work aims to study the effect of fracturing fluid displacement and sand volume fraction on casing perforation erosion in the process of sanding fracturing. CFD numerical simulation method was used to simulate and analyze the flow field, flow track characteristics and particle trajectory in the perforated casing. E/CRC and Oka erosion models were used to simulate the erosion of casing perforated perfs and their vicinity under the condition of fracturing displacement of 5-15 m3/min and fracturing fluid sand volume fraction of 8%-23%, and the influence rules were summarized. With the increase of displacement rate, the flow velocity at the perforation increased sharply and the pressure drop reached 5.5 MPa, but a certain pressure was formed at the bottom of the pipe. The E/CRC erosion model is more suitable for the actual situation of casing perf system erosion in fracturing process than the Oka erosion model due to the consideration of the influence of particle number. The erosion velocity in the inlet direction of the perforation is obviously higher than that in the lower direction of the pipe, the erosion degree in the surrounding direction gradually decreases. The maximum erosion rate of the E/CEC model increases from 2.14×10?8kg/(m2·s) to 5.85×10?8kg/(m2·s). With the increase of the volume fraction of sand content in fracturing fluid, the maximum erosion rate of E/CRC model at the perforation increases from 2.21×10?8kg/(m2·s) to 95.6×10?8kg/(m2·s). The erosion area and erosion rate of the pipe wall near the perforation increase gradually, and when the sand ratio reaches more than 20%, the maximum erosion rate of the pipe wall near the perforation is almost the same as that near the perforation. Both the displacement and sand ratio are positively correlated with the erosion rate of the perforation, and the increase of sand ratio will accelerate the erosion of the pipe wall near the perforation. It is recommended to use low sand ratio at high sand ratio and low sand ratio at high sand ratio to reduce erosion of perforations and adjacent pipe walls.

sand fracturing; erosion; numerical simulation; casing perforation; displacement; sand volume fraction; solid- liquid flow

TH117

A

1001-3660(2022)06-0204-10

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.06.017

2021–04–26；

2021–08–30

2021-04-26；

2021-08-30

國(guó)家自然科學(xué)基金（51774249）；四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（21JCQN0066）

National Natural Science Foundation of China (51774249); Science and Technology Plan Project of Sichuan Province (21JCQN0066)

曾德智（1980—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)槭凸芄こ獭?/p>

ZENG De-zhi (1980-), Male, Doctor, Professor, Research focus: oil pipeline engineering

曾德智, 張思松, 田剛, 等. 加砂壓裂過(guò)程中套管孔眼抗沖蝕性能分析[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(6): 204-213.

ZENG De-zhi, ZHANG Si-song, TIAN Gang, et al. Analysis of Erosion Resistance of Casing Perforation in the Process of Sand Fracturing[J]. Surface Technology, 2022, 51(6): 204-213.

責(zé)任編輯：萬(wàn)長(zhǎng)清