油气井管柱是石油和天然气开采作业中的必需设备,随着深层油气资源的勘探开发,深井、超深井、大斜度井、定向井、大位移井、水平井比例增大己成为必然趋势,油气井管柱所处的工作环境也急剧恶化,尤其是高温、高压、高产井等“三高”油气井,油气井管柱几乎不可避免地出现各种损伤,造成人力、物力和财力的巨大损失。研究油气井管柱安全可靠性和使用寿命的各项因素发现,油气井管柱冲蚀是其失效的主要原因之一。冲蚀将直接导致油气井管柱等设备的壁厚减薄,强度减弱,使用年限降低,存在H2S等有毒、有害气体泄漏的风险给安全生产造成隐患。当管柱的冲蚀磨损程度较轻时,会引起管柱表面强化层的剥落,诱导硫化氧等对套管钢材电化学腐蚀破坏,也会降低管柱的抗挤毁强度和抗内压强度,对正常的石油安全开采构成严重威胁;冲蚀磨损较为恶劣时,管柱的承载极限降低,会影响到管柱变形、挤毁、破裂及泄漏,引发油气井控制等安全问题。若是维修、更换不及时,最终导致油气井管柱破裂,引发堵、漏、卡等井下事故甚至导致全井报废或井喷等恶性事故。本文首先收集国内外关于管柱冲蚀、以及携砂管柱失效等方面的文献资料,然后收集研究区块高产气井管柱失效案例及数据,最后针对高产气井分析油管柱冲蚀失效的规律,本文进行的研究工作和取得的研究成果如下:(1)在阅读大量国内外文献资料以及前人的研究基础上,通过对颗粒在流体中的运动情况以及颗粒同油管柱壁面的碰撞情况分析,得到了单个颗粒的冲蚀磨损模型。(2)分析了流场的漩涡特性,在天然气流经油管柱的整个过程中,导致天然气压力、流速变化的区域都容易产生漩涡。天然气流经这些倾斜弯曲的区域会发生流动方向的改变,使同一截面上的速度不均匀,容易产生旋涡。(3)根据气体动力学理论,采用大型流体动力学计算软件Fluent建立了天然气在螺旋屈曲和正弦屈曲油管内流动的CFD模型,并选择可以充分考虑天然气在油管柱内复杂流场的RNGk-ε模型。(4)利用计算流体动力学软件模拟天然气流过油管屈曲段的流动,得出天然气在油管柱内的速度(横向、轴向)、密度分布等结果;随后针对产量以及屈曲形态的不同进行细化分析高产气井油管柱内流动参数的变化规律以及受力的变化规律。(5)通过对砂粒冲击油管内壁的冲蚀速度和壁面剪切力的分析,得到了螺旋弯曲和正弦弯曲管柱的冲蚀规律和可能失效区域,通过高产气井油管柱冲蚀机理数值模拟仿真研究,提出冲蚀损伤防治措施,为预防高产气井管柱的冲蚀磨损提供了依据。