沖蝕

沖蝕就是金屬材料表面與腐蝕流體沖刷的聯合作用，而引起材料局部的金屬腐蝕。在發生這種腐蝕時，金屬離子或腐蝕產物因受高速腐蝕流體沖刷而離開金屬材料表面，使新鮮的金屬表面與腐蝕流體直接接觸，從而加速了腐蝕過程。若流體中懸浮較硬的固體顆粒，則將加速材料的損壞。 

一般說來，流體的速度愈高，流體中懸浮的固體顆粒愈多、愈硬，沖刷腐蝕速度愈快。腐蝕介質流動速度又取決於流動方式：層流時，由於流體的粘度，在沿管道截面有一種穩態的速度分佈；湍流時，破壞了這種穩態速度分佈，這不僅加速了腐蝕劑的供應和腐蝕產物的遷移，而且在流體與金屬之間產生切應力，能剝離腐蝕產物，從而加大了沖蝕速度。因此，在管道的拐彎處及流體進入管道或貯罐處容易產生這種破壞。另外，金屬表面成膜的特徵也可以影響沖蝕速度。硬的、緻密的、連續的、粘附性強的膜沖蝕速度小，反之則大。 

抑制或減少沖蝕的措施是：選擇耐蝕性和耐磨性好的材料；改變腐蝕環境如添加緩蝕劑，過濾懸浮固體粒子，降低溫度，減小流速和湍流；採用犧牲陽極作陰極保護等。 

針對氣體鑽井岩屑造成鑽柱嚴重沖蝕的問題，基於氣-固兩相流和沖蝕理論，建立了環空岩屑運移模型。在Eulerian坐標系下求解氣體連續相流場，在Lagrangian坐標系下對離散相岩屑粒子進行了碰撞求解，採用Grant和Tabakoff公式求解岩屑粒子沖蝕速率，藉助實驗數據驗證了模擬模型。利用該模型研究了氣體鑽井中鑽桿居中以及不同鑽桿偏心率、井徑擴大率、注氣量和機械鑽速下環空岩屑粒子運移規律和鑽桿沖蝕特性。研究表明，岩屑對鑽桿接頭及下坡面本體的沖蝕比鑽桿本體及接頭上坡面嚴重；鑽桿偏心和井徑擴大都使局部沖蝕速率峰值增大，且偏心越嚴重，井徑擴大越大，局部沖蝕速率峰值增速越大；機械鑽速增大，導致鑽桿局部沖蝕速率峰值近乎線性增加；在工程常用注氣量範圍內，注氣量對沖蝕速率峰值和沖蝕速率平均值的影響很小。根據沖蝕規律提出如下建議：減小鑽桿斜坡坡度可減少鑽桿接頭及下坡面的局部沖蝕；採用低轉速的空氣錘鑽井工藝可減緩因偏心引起的局部沖蝕；井眼擴大較大時，增大注氣量，通過改變岩屑粒子軌跡，可減少岩屑對鑽桿本體的多次沖蝕。