由于采出气中存在岩屑颗粒和机械杂质,采气管线中监测、控制、改变流体运动方向的关键装置、设备和管件在运行过程中常出现局部减薄、穿刺、断裂现象,严重时甚至会引起燃爆事故。探针、弯头和球阀作为采气管线上起重要作用的关键易损件,其安全性和可靠性一直是流动保障领域的研究热点。井下出砂冲蚀磨损直接危害地面设备安全生产和运行,揭示冲蚀失效现象背后的磨损特点并掌握其发展过程中的物理特性,对监测设备研发、管道完整性评价以及气井安全管理具有指导意义。针对高含砂气田的峰值出砂工况,以探针、弯头、球阀等关键易损件为研究对象,基于冲蚀理论、流体力学、颗粒动力学、曲面重构理论,采用实验和数值模拟相结合的方法,探究了易损件在峰值出砂工况下的表面壁厚变化规律。建立并拓展了可以准确描述壁面冲蚀进化过程的冲蚀速率模型。引入了探针和弯头、球阀阀芯的关联模型,拓展了探针的使用范围。并在此基础上研发、测试了一种新型侵入式冲蚀监测探针,填补了国内在该领域的空白。具体研究内容和取得的主要成果如下：(1)针对涩北气田峰值出砂工况及冲蚀特点,建立了可考察峰值出砂工况的实验平台,借助于精密测量仪器,量化了易损件冲蚀过程中的壁厚损失,探索了不同出砂浓度、出砂量、颗粒粒径、峰值出砂工况下易损件表面磨损和失重特性。结果表明,插入在管道中的探针,迎流面冲击角为45。时,两迎流面磨损量几乎完全相同,棱的磨损最严重；在峰值出砂工况下,出砂信号峰值对应最大失重；随出砂量增加,探针磨损严重区域从顶部向底部转移,弯头严重磨损区域向圆心角高角度扩散的速度小于向低角度扩散的速度,球阀阀芯严重磨损区域从阀芯中心处向两侧不均匀地移动。(2)以Ansys Fluent为数值模拟平台,基于各冲蚀速率模型的特性,重点考察了Ahlert、Oka、E/CRC冲蚀速率模型在不同出砂速率以及结构化、非结构化网格下的计算精度,同时也检验了网格无关性。结果表明,Alhert冲蚀速率模型针对探针和弯头壁厚损失预测精度较高；球阀阀芯的几何模型相对复杂,内部流场的分布使颗粒轨迹模拟精度有偏差；对比试验结果和模拟结果发现冲蚀进化是导致偏差的主要原因。(3)为克服冲蚀进化现场对冲蚀速率计算的影响,有针对性的在原Alhert冲蚀速率模型基础上进行了修正和补充。实验发现了颗粒冲击角度的变化特性,结合出砂速率、流速分布等主要参数,建立了能够描述探针迎流面变化特性的冲蚀速率模型。该模型预测精度较高且能较好反映迎流面冲蚀进化现象。对于弯头和球阀阀芯,由于其迎流面常在颗粒冲击下发生变形,而这种变形会引起颗粒流动特征的变化。选取气固相间曳力系数为主要研究对象,以相间曳力系数在迎流面变形过程中的变化特性为线索,以Alhert冲蚀速率模型和Gidaspow曳力系数模型为基础,建立了能够描述迎流面动态磨损过程的修正模型。结果表明,该模型可以准确描述弯头、球阀阀芯的冲蚀进化过程,且具有一定的适用范围。该方法可以定性说明壁面减薄和曳力系数变化间的关系。为探究冲击角在冲蚀过程中的变化情况,基于曲面重构理论,重构了冲蚀前后易损件的迎流面,并带入CFD模型进行了冲击角计算。结果表明,冲蚀后探针棱上的冲击角最先在顶部变钝,而后自上而下钝化角度和区域逐渐增加；弯头迎流面冲击角变化不明显,只是最大磨损处的冲击角度略有增加；球阀阀芯迎流面冲击角无明显变化。为探究迎流面冲蚀变形后对后续冲蚀过程中冲蚀速率的影响,采用动网格方法重现了壁面减薄过程。结果表明,冲蚀后弯头内部流速分布使迎流面冲蚀速率呈增加趋势；冲蚀后球阀阀腔入口面积扩大,节流效应减弱,迎流面的冲蚀速率有降低趋势。(4)针对侵入式探针只能描述自身壁厚磨损的不足,从灰色关联理论出发,以冲击角度函数和Alhert冲蚀速率模型为基础,引入并整合了最优关联度搜寻函数,以探针壁厚损失数据为参考数列,以易损件壁厚损失为对比数列,开展了关联易损件间壁厚磨损的理论和实验研究。研究结果表明：随出砂量和出砂速率的增大该关联方法可较准确的反映弯头严重磨损区域和球阀阀芯迎流面的冲蚀进化特性；当探针和弯头、球阀间的相对位置改变后,该方法仍具有一定的关联精度。(5)基于(1)中对探针冲蚀特性的研究成果,设计、研发了一种侵入式冲蚀监测探针,介绍了关键部位的选材过程、传感器布置方式、数据传输方式。基于空载测试、灵敏度阈值测定以及影响因素测试等实验,考察了其监测精度和灵敏度。研究结果表明：气相携砂冲蚀空载测试中,在出砂量为0kg时,监测信号随气相流速增加无明显变化,但气流对温度的扰动使得信号曲线显示出较小偏差；流速3m/s,出砂量为0.2kg时为气相携砂冲蚀临界监测条件,低于该条件则无法保证监测的精度；气相携砂冲蚀过程中,随出砂量增大、气相流速增大,监测精度越高。实验用颗粒粒径较小时,出砂量大监测信号越强。