高压注水管线磨损简析

王雷 王牧 孙钿翔 韩欠欠（长庆油田第十二采油厂，甘肃 庆阳 745400）

高压注水管线磨损简析

王雷 王牧 孙钿翔 韩欠欠（长庆油田第十二采油厂，甘肃 庆阳 745400）

随着油田开发的深入，油田注水工作也越来越重要，油田注水压力也在不断提高。注水管线必然存在不同程度的腐蚀磨损。为更好地保障油田注水工作，本位从油田高压注水管线磨损现状着手，提出几点减少磨损的方法。

注水；高压；磨损

高压注水管线出现管线底部磨损严重，变薄甚至开裂的现象。研究认为由于管线内部不光滑，在高压条件下管线底部受到摩擦力最大，对管线的磨损最多，导致注水管线底部出现大面积连续性的凹槽。

1 摩擦的客观存在性

金属表面由若干层次的表面层组成，外表面由物理吸附和化学吸附作用生长的吸附层以及氧化形成的氧化膜；内层由塑性变形层组成。所以物体表面不是光滑表面，两种介质接触时便存在摩擦接触面积，尤其液体接触时接触面积更大。按照摩擦理论，当两个物体相互接触并出现相对运动或相对运动趋势时就会产生摩擦力。水在钢管内部流动时主要表现为滑动摩擦，且摩擦力流体粘度有关。

2 磨损机理简析

磨损是伴随摩擦而产生的结果，他是相互接触物体在相对运动时，表面材料不断发生损耗的过程。磨损大致可以分为三个阶段：①跑和阶段；②“稳定”磨损阶段；③“急剧”磨损阶段。

磨损主要受三方面的作用影响：

①表面的作用。如机械运动形式，滚动还是滑动，表面分子作用形式。②表面的变化。物理性能的变化，如硬度等;化学性能的变化，如化学膜的作用变化；表层结构的变化，是变形还是无变形等；以及组织成分的变化，如钢的表层含碳量[1]。③破坏形式。主要分为磨屑形式和表面磨损形式。

2.1 磨损的种类

（1）粘着磨损：当摩擦副接触时，由于表面不平发生点接触。在相对滑动和一定载荷作用下，接触点发生塑性变形或剪切，使其表面破裂，摩擦表面温度升高，严重时表层金属会软化或熔化，此时接触点出现粘着。

（2）磨粒磨损：对于粗糙硬表面把软表面划伤，或者两接触面受外界硬粒划伤表面，都属于磨粒磨损。

（3）表面疲劳磨损：表面疲劳磨损是指摩擦时表面有周期性载荷作用，使接触时产生很大的变形和应力，并形成裂纹而破坏的现象。

（4）磨蚀磨损：材料在摩擦时与周围介质发生化学反应或电化学作用的磨损，他是一种需要考虑环境介质影响的磨损[2]。

2.2 磨损模型

在高压条件下，注水管线内的水近视看做很多硬度很高磨粒棱角不明显的的刚体，这时注水管线会发生犁沟变形，磨粒一边向前推挤材料，一边将材料犁向沟槽两侧。在切削情况下，材料就像被车刀车削一样从前方被去除，磨损表面留下明显的凹槽。

当磨料以较大的角度作用于材料表面时，材料不具备被切削的条件，此时磨料颗粒将材料从坑中挤出，在众多磨粒反复作用下，材料多次变形硬化失去塑性，直到应力超过材料的强度极限后形成扁平状磨屑脱落。

2.3 管线受力数学推导

FG：重力

FP:管线压力FA

R：管线半径；

P：注水压力；

g:重力系数；

ρ：流动介质的密度；

θ：重力与压力的夹角；

F合：重力与压力的合力；由公式可以看出只有重力与压力夹角为零且重力与直径方向重合出受力最大。

所以管线四周的受力情况对比可知管线底部所受摩擦力最大。当管线处于倾斜面上时，在重力方向上重力与压力的合力大于管线处于水平位置上的合力，且合力在0-90°范围内随着角度增加而增加。

综上管线底部磨损现象更严重，更容易出现明显的凹槽划痕。

2.4 减少磨损方法

①管线内部加内涂层，减少摩擦力。管线内涂层可以有效减少接触面的摩擦系数，从而减少摩擦力，同时内涂层可以减少细菌滋生，减少微生物对金属管材的腐蚀；②管线铺设过程中减少管线倾角，减少管线底部受力负荷。在管线铺设过程中尽量避开陡峭山坡和减少弯头的数量；③改善管线内部流动介质，较少电化学腐蚀。

3 结语

现场应用中高压注水管线的磨损常导致管线破损影响注水。所以改善管线受力情况尤为重要，这就要求围绕磨损原理针对不同的磨损形式具体分析，采取针对性措施。这样才能更好地保证注水工作顺利进行。

[1]刘家俊.材料磨损原理及其耐磨性,清华大学出版社,7-302-01288-1,TB302.3.

[2]袁兴栋,郭晓斐,杨晓洁.金属材料磨损原理,化学工业出版社.