气体钻井与常规钻井液钻井相比，具有钻井速度高、周期短、利于及时发现和保护油气层、节约钻井成本等优势，已成为一种常用的钻进方式。气体钻井施工过程中，夹带固体钻屑的气体上返至井口时具有很高的速度，最高接近100 m/s，当固体颗粒以这个速度移动时，具有很强的冲蚀性，可能造成多功能四通、旋转防喷器排出阀、钻杆、套管等部件发生失效事故。
中国石油塔里木油田分公司的胥志雄等研究人员依据相似理论，采用缩小比例模型，通过模拟试验研究了多功能四通在氮气钻井过程中的冲蚀情况。采用API 579(2007)标准评价了多功能四通的使用寿命。
1 试验材料
塔里木油田某井使用重庆某油田装备厂生产的35-70×28-105型多功能四通。为评价该多功能四通的使用寿命，采用与其材料和热处理状态相同的30CrMo钢制备试验模型。多功能四通旁通入口至法兰短节处流域尺寸为Φ78 mm×575 mm，评价部位尺寸为Φ7.8 mm×60 mm，模型与实物比例1:10。
2 试验方法及试验装置
如图1所示，整套装置可以满足砂粒的定量供给、风速的调节及测量。
图1 多功能四通模型试验装置示意图
试验条件为含砂量为30 g/min，风速为60 m/s，时间分别为3，6，9小时。
试验前分别测量旁通顶部、底部和水平位置的原始壁厚，即12点、6点、3点和9点处的壁厚，如图2所示；试验结束后对相应位置进行处理，测量剩余壁厚，通过试验前后壁厚的变化，则可知不同位置遭受的冲蚀情况。
图2 多功能四通模型及旁通评价部位示意图：(a) 多功能四通模型；(b) 旁通评价部位
3 试验结果及讨论
(1) 模拟试验结果表明，旁通入口和距入口60 mm处顶部位置发生较为严重的冲蚀，如图3所示；依据相似理论，多功能四通将会在旁通入口和法兰短节处顶部位置发生较为严重的冲蚀。
图3：现场多功能四通旁通的冲蚀形貌
(2) 随冲蚀时间的延长，冲蚀率随之下降，这可能是因为冲蚀造成孔径的增加，单位体积砂量冲击在内径表面减少所致。
(3) 由于多功能四通结构的特殊性，法兰短节处遭受冲蚀将影响整个多功能四通的使用寿命，根据试验结果以及对试验结果的修正，计算得出多功能四通使用0.26年后将有可能处于危险状态。
节选自《理化检验-物理分册》2015年第7期
作者简介：胥志雄(1969-)，男，博士，现在塔里木油田公司库车勘探开发项目经理部工作。
