（油气储运工程专业论文）中原油田集输管线腐蚀因素与防腐措施效果评价研究.pdf

s t u d yo fc o r r o s i o nf a c t o ra n dr e s u l te v a l u a t i o no n a n t i - c o r r o s i o nm e a s u r ei nt r a n s f e rp i p e l i n eo f z h o n gy u a no i l f i e l d z h a n gy u n f u ( o i la n d g a st r a n s p o r t a t i o na n ds t o r a g ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rs h ix i u o m i n a b s t r a c t w i t ht h er i s eo fs y n t h e s e sw a t e r - b e a r i n ga n dt h ec o m p r e h e n s i v e l yu s e d m e a s b r e si n c l u d i n ga c i d i f i c a t i o n ，f i a c t u r i n g ，t e r t i a r yp r o c e s sa n ds oo n , t h e g r e a tc h a n g e st a k e nb yt h ec o r r o s i v ec h a r a c t e r i s t i co ft h em e d i u m ，a sw e l l 嬲u s m gm a n yp i p e l i n e so fd i f f e r e n tk i n d so fm a t e r i a lq u a l i t y a nt h e s e r e s u l tt h a tt h ec o r r o s i v ei n s t a n c eo f g a t h e r i n gp i p e l i n e h a s g o t t e n “i n c r e a s i n g l ys e v e r i t y t ou n d e r s t a n dt h ec h a n g er e g u l a t i o no ft h ec o r r o s i v e c h a r a c t e r i s t i co ft h em e d i u ms y s t e m a t i c a l l ya n do p t i m i z et h ee v a l u a t i o n m e t h o do ft h ee f f e c to na n t i s e p s i sm e a s u r e s ，w eh a v ed e v e l o p e ds t u d yo n t h ec h a n g i n gi n s t a n c e so ft h ec o n v e y a n c em e d i u mc h a r a c t e r i s t i c ，s i m u l a t i n g t h ec o r r o s i v ef a c t o ro ft h em e d i u mi ng a t h e r i n gp i p e l i n eu n d e rt h e p r o d u c t i o nc o n d i t i o n s ，w eh a v ed e v e l o p e dt h es t a yo fc o r r o s i o ni n h i b i t o r a s s e s s m e n ta n dc o r r o s i o ni n h i b i t o ra p p l i c a t i o ne f f e c t , a n di m p r o v e dt h e m e d i c a t i n gt c c l l r l o l o g ya n dc a r r i e do u tt h es t u d yo ff i e l dt e s t a c c o r d i n gt o t h ea b o v es t u d i e s ，i ts h o w st h a tt h eo x y g e nc o n d i t i o n sf o r m e di nt h e s t i m u l a t i o nt r e a t m e n tt h a tw ea d o p t e dc a l lg e n e r a t ep r o m o t i o nf o rt h e c o r r o s i o n i ti st h ef a s tt i m et os i m u l a t ep r o d u c t i o nc o n d i t i o n sa n de s t a b l i s h m a t h e m a t i c a lm o d e lb ya i m i n ga tt h em a i nc o r r o s i o nf a c t o r so f t h em e d i u m i ng a t h e r i n gp i p e l i n e i te s t a b l i s h e st h ea s s e s s m e n tm e t h o do ni n h i b i t i o n e f f e c to ft h ec o r r o s i o ni n h i b 峨a n do p t i m i z e st h es i n g l ew e l lm e d i c a t i n g s c h e m ea n dt h ec y c l eo fm e d i c a t i n gw i t hi m p a c te l a s t i c i t yo ft h eg a t h e 妇g p i p e l i n et e r m i n a l k e yw o r d s ：g a t h e r i n gp i p e l i n e c o r r o s i o nc o r r o s i o ni n h i b i t o r e v a l u a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 签名：立生童耋劫2 刁年彳月矿日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅： 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定1 学生签名：丝主堑如年万月五矿日 导师签名： 去丞叁 m 年r月? 日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 第1 章前言 近几年随着中原油田综合含水的上升和大量酸化、压裂、三次采油 等措施的广泛实施，介质的腐蚀特性发生较大变化，同时集输管线也 在进一步老化，造成了日益突出的腐蚀问题。从中原油田集输管线腐 蚀状况调查的结果来看，目前集输管线老化程度严重，3 0 5 0 9 6 的单井 及集输支干线超期服役，局部更换频繁，同时存在不同管材混用等现 象。由于近几年中石化加强了对中原油田生产系统的维护工作，要求 必须以科学的数据指导管线的更换，并在现有集输材质的基础上进行 优选，使有限的投资发挥出最大的效益。 目前中原油田集输系统的防腐措施主要以加缓蚀剂保护为主，全油 田每年缓蚀剂消耗量达2 9 0 7 吨。但由于目前井口管线加药大部分采用 周期性方式，加药周期一般为1 0 3 0 天，无法有效地保护油井及井口 管线。集输干线虽然采取了端点连续加药，但介质中缓蚀剂浓度全局 平均仅为3 5 p p m 。目前的缓蚀剂评价方法也非常单一，且和现场应用效 果偏差较大。因此如何在不增加缓蚀剂投入的前提下。筛选出最好的 缓蚀剂，优选出最佳的加药工艺，最大程度地发挥集输系统的防腐措 施效益，是十分必要的。 因此在中原油田开发的新阶段，针对集输系统腐蚀问题有所抬头 的新形势，本课题采用现场调查取样、金属挂片实验、三相流生产条 件模拟实验、现场实验等研究方法，通过模拟集输管线生产条件下的 介质腐蚀因素分析，证明了在集输管线中介质的流态、含氧、细菌变 化范围较大，而且是造成管线局部腐蚀的主要原因。另外低p h 值和高 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 矿化度的环境加速了腐蚀的进程通过模拟集输管线生产条件下的缓 蚀剂评价研究，揭示了介质流速、缓蚀剂的浓度对缓蚀率的影响程度。 通过集输管线缓蚀剂应用效果评价、加药工艺的改进研究及其现场实 验，证明优化后的单井加药方案和集输管线端点冲击性加药周期对集 输管线防腐具有显著效果。 中原油田早在1 9 9 3 年就进行了生产系统腐蚀因素和防腐措施效果 评价的研究，随后胜利、大庆、江汉、塔里木等油田都针对腐蚀关键 环节进行了相应的研究。其中集输管线介质腐蚀因素及防护都是各油 田的重点研究内容，但目前国际上应用多相流进行腐蚀研究只限于一 种、最多两种因素，而且也没有公布其计算公式。因此可以说在多相 流条件下进行集输管线介质腐蚀因素的研究，尤其是用现场污水进行 研究在国内属于领先水平。此外在流动状态下，流速对缓蚀剂成膜能 力的影响如何? 在多大的浓度条件下才能保证有效的缓蚀效果等方面 的研究工作在国内还从未涉及过。因此，开展集输管线腐蚀因素分析 与防护措施效果评价的研究，可以为投资决策提供科学依据，进而发 挥有限投资的最大效益。 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章集输管线介质腐蚀特性分析 第2 章集输管线介质腐蚀特性分析 2 1 集输管线介质流速流态分析 过去对中原油田集输管线腐蚀的认识，只局限于介质的流速较低、 层流流态，明显造成垢下腐蚀穿孔。但从目前现场调查数据和管线腐 蚀部位分析表明，大量的高气液比造成的冲刷腐蚀也不容忽视。因此 我们对中原油田各类集输管线的介质流速、流态进行了系统分析和计 算，通过准确掌握流速、流态情况，进一步研究集输管线的腐蚀因素， 并对不同流速条件下的缓蚀剂效果进行科学评价。 计算范围为全局六个采油厂油井井口管线、计量站外输集输支线、 集输干线共3 6 2 9 条。计算的依据及参数以2 0 0 2 年的各采油厂生产数 据为准。 通过管线规格、日产气量、液量等参数，按s y t 0 0 0 4 - 9 8 计算出各 采油厂每条管线的液相流速、气相流速、气液混合物流速，并根据判 别公式判断各条管线的流型。 2 1 1 气液混合物流速的计算 k = 争 ( 2 _ 1 ) 式中 v 。气液混合物流速，m s ； q 。气液混合物的体积流量，m 3 s ； d 管线内径，m 。 受篇幅限制，仅按六个采油厂和三类集输管线进行划分，对其平 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章集输管线介质腐蚀特性分析 均值进行了计算汇总，结果见表2 - 1 。 表2 - 1 中原油田集输管线介质气液平均流速 流速( m s )单井管线支线干线 一 广 3 6 39 0 56 5 平均1 3 l1 7 62 9 4 - 一矿 0 7 5 51 12 7 厂 二矿 2 23 4 55 0 5 三矿0 9 80 7 31 0 6 平均 0 5 30 8 53 9 l 二：文明寨0 1 2o 1 70 3 厂 马寨 0 30 4 61 1 4 卫城 1 1 71 9 l1 0 3 四厂4 7 7 11 1 7 平均 o 3 10 “ 1 9 4 五一矿o 3 80 4 62 6 二矿 o 2 6o 2 21 2 8 厂 三矿 0 2 9 o 6 5 、平均 o 3 6 8 o 1 3 厂 马厂 0 0 8 60 1 3f 桥口 o 6 5 | 表中数据反映出： 三厂( 除卫城) 、五厂的单井管线和集输支线气液混合物流速 较低，低于l m s 。一厂、四厂的气液混合物流速高达4 l o m s 。 集输支、干的气液混合物流速明显高于井口管线。 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 肇集输管线介质腐蚀特性分析 2 1 2 繁输管线介质流型的判断 。各转漉型豹特点及判别公式 分层流：沿管子底部流动的流体和沿管子顶部流动的气体，两相 之滴吴鸯乎渗懿器瑟。这耱流羹发生在掰禚滚豢耀对较低豹 孥熬。 间歇流：分为段塞流和塞流( 拉长的气泡流) 。段塞流包括大液体 段塞流奄凡乎究满管子豹高速气泡的交替流。在段塞流中，大气泡沿 罄顶部流动，丽管子下部为液滤。 分散流：细分为泡流和环嚣流。在高气流缀和低液流量下出现环 雾滚。 卜广，二j lj 过渡流 图2 - l流态示意图 中原油田集输管线介质流型的判别结果 按六个采油厂翔分，介质的流型酸过渡流和闻豫流为主，占7 溅 左右。分离流( 层流) 仅占1 6 ，分散流占8 9 6 。数据见袭2 3 ，缩果绘 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章集输管线介质腐蚀特性分析 图如图2 - 2 所示。 表2 - 2 不同流态判别公式 判别准则 流型l 计算公式 体积含液量弗劳德准数 l 2a n d 0 0 1a n d l 3a n d 0 4 l 3a n d 0 4 l 4 按三类集管线划分，井口管线以分离流和过渡流为主，集输支线 和干线以过渡流和间隙流为主。 图2 - 2 中原油田集输管线介质各种流型分布示意图 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章集输管线介质腐蚀特性分析 表2 - 3 中原油田集输管线介质流型( 单位，条) 厂别管线类型分离流过渡流 间隙流分散流 单井管线 2 0 01 4 31 1 65 9 一厂 支线 1 51 92 31 9 干线 1 0 572 单井管线 4 4 2 73 3o 一矿 支线2 1 5o0 干线 132o 单井管线 2 23 57 32 二厂二矿 支线 1 31 292 干线l64l 单井管线 1 83 83 03 三矿 支线 51 110 干线 l 6 2 文明 单井管线 2 31 4 41 2o 支线 l1 81 0 寨 干线 o8l0 单井管线 2 38 220 三厂 马寨 支线01 3 0 0 干线 0l2o 单井管线 5 41 4 63 44 卫城 支线 61 640 干线 oo41 单井管线 1 6 64 94 0 4 0 四厂 支线 1 76l5 干线 33o4 单井管线 7 17 2 6 o 一矿 支线 81 20o 干线 0l30 五厂 单井管线 4 61 1 31 81 二矿支线2 1 89o 干线 036o 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章集输管线介质腐蚀特性分析 续表2 - 3 厂别管线类型分离流过渡流间隙流分散流 五厂单井管线 3 590o 三矿 支线 23oo 单井管线2 6 4 76 0 六厂马厂 支线 26l0 干线 0010 单井管线 6 13 5l1 六厂桥口 支线 46 1 l 干线 02o0 2 i 3 小结 流速计算结果表明中原油田集输管线气液相混合流速较高， 5 0 以上的管线流速超过l m s ，最高达1 1 m s 。管线腐蚀中的冲刷作用 不容忽视。对于集输支、干线应加强内防措施的实施。 根据流型判断中原油田集输管线的介质一部分以层流状态流 动，一部分气液混合物以一股气、一股液的过渡流和间歇流状态流动， 其中井口管线以分离流和过渡流为主，对管线的冲刷较大，对缓蚀剂 的现场加药效果产生一定影响。因此按照缓蚀剂的成膜理论，单井管 线的保护应该以单井连续加药或尽可能短周期性的加药，而集输支、 干线以间隙流、过渡流为主应该考虑冲击加药工艺。 2 2 集输管线介质变化情况分析 自中原油田首次开展生产系统腐蚀研究以来已有十年，不仅油田集 输管线介质综合含水由6 5 上升到目前的8 5 左右，而且大量上产措施 的实施使介质的腐蚀特性也有所变化，通过目前集输管线介质的特性 中羼嘏油丈掌( 华东) 磺士论文 第2 章豢输管线介质腐蚀特性分攒 分静 ，并和十年箭静数裾送行对魄，准确攀缓介震腐蚀特穗的交纯规 律，露剃予遴一步掌握基蔻熬瘸濑纛素。 2 。2 。i 集摭蛰线夯矮臻状 糕中骚灌舀冒麓腐镶蘸滠点簸蒸醛上，禳掇液囊、气液磁、含承等 综会参数，共选择了4 5 条集输锗线，对其介质进行了详绷分析。分析 摇称笺嫠兔：蕙矿，惑铁、辍8 、褥器、p 嚣、零鬻等，努辑缓采踅表扣4 。 袭鼢4 中簸 哇l 辩察臻管线介质特性分辑 管线条数 矿纯度总铁s r b 巅沿 厂别渊水戤 条) l o g l 难l个噩l个m l 一厂3 03 幢91 0 坤7o 1 0l e o l 【o 鑫 1 2 二厂妁辞一2 6l 和5 3o l l o o l o o 6 ，和裁5g a e l 2 n s o , 城g c l 2 羔厂繇溯3 幢5l 铲l 潮睡i 0 0 l 渊& 0 吨 e a e 王2 四厂 2 75 - 1 3 6 4 0l o o 1 0 0 - 1 0 0 0 0 6c a c l 2 五厂 3 6l l 屹98 嵋0挣一持l 爵0 一l 洲6a 圭2 六厂 6s 1 6p 4 3l 扣1 0 0 0l 一l o o o o8e a e l 2 穰撵表2 - 4 甍以誊凄，嚣藏书艨渣器集辕繁线熬余震魏状是各嚣块 集输臀线介质盼矿他度差捌较大。3 2 9 xl o g l 不等，总铁含囊差 裂墩较大，在3 l o o m g l 交识，令爱甚至凑遮2 0 濑g l ，薅生蓥食垂 臻显荔予藏陵盐还淼菠，蝉篷基零褒5 。0 发寒，承整数鑫c l ：为主，其 中采油兰厂承鳖较楚祭，量宥宠交往。 2 2 2 集输警线介斌腐蚀特性变化情况分柝 为了港魏掌攥串藏淫瓣集输蛰线奔矮瘸壤赞缝魏交貔绩琵，渡 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章集输管线介质腐蚀特性分析 1 9 9 5 年和2 0 0 3 的腐蚀监测数据为准，对介质的有关数据进行了对比分 析，分析结果为： a 、三价铁含量占总铁含量的比例增加近三倍 1 9 9 5 年集输管线的全部共3 2 个监测点总铁及三价铁数据进行了统 计，同时和2 0 0 3 集输管线共1 9 0 个监测点的相应数据进行了对比。结 果发现1 9 9 5 年中原油田集输管线介质中的三价铁含量仅占总铁的1 2 1 3 ，而2 0 0 3 年的监测数据表明三价铁含量占总铁含量的比例增加到 了3 0 4 0 ，见图2 - 3 图2 - 3 十年前后介质中三价铁含量占总铁含量比例交化 由于油藏内不含氧，产出液介质中的铁离子应该大部分以二价铁离子 为主，如果发现三价铁离子的大量存在或增加，说明系统中有氧进入。 根据中原油田的实际情况分析主要是由于近几年的大量酸化、压裂、 三次采油等措施的实施造成的。形成了一个实际无氧而局部有氧的介 质环境。环境中局部有氧；另一方面t g b 属好氧菌，其迅速繁殖，也 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章集输管线介质腐蚀特性分析 表2 - 5十年前后的介质腐蚀特性数据进行了对比表 c a 2 c l 一8 0 4 2 。h c 0 3瀚爹黼 溺 监测点时间 离溺；i ( a g 1 )( r a g 1 )( m g 1 )( r a g 1 ) 明5 # 油外输 1 9 9 5 0 9 3 2 32 0 3 8 48 8 75 6 2& 蓐x l 妒 糊l 瘸 一w 藿 马寨联南线 1 9 9 5 0 96 5 12 2 3 4 8 1 2 06 4 1g 。7 x 1 0 ，蛹 马寨联北线 1 9 9 5 0 9 7 0 13 8 4 1 02 4 06 4 1 隗罐髯l 旷 嚣秀；屯+ 。t 瑶哿 明5 # 油外输 2 0 0 3 0 84 8 6 5 6 1 2 34 3 6 5 1 0 l 睽警鳟鬻 马寨联南线 2 0 0 3 0 85 7 1 1 4 6 8 8 88 7 37 8 0 纛。叁缝影 鹦 羹 # “， 马寨联北线 2 0 0 3 0 81 3 3 74 9 0 1 9 4 3 64 8 0 基搿譬缫 5 1 # 站油外输 1 9 9 5 0 95 4 2 59 9 3 0 82 4 0 2 9 9爹戮x 蠹步 鞠 计量站总站来1 9 9 5 0 94 3 0 07 5 2 1 0 2 4 02 8 1鏊貔颡i 鹫 髑 爹 r 9 5 1 # 油外输 2 0 0 3 0 88 6 2 7 1 4 3 5 0 41 8 9 13 9 02 3 x i 妒“鬻 计量总站油外 2 0 0 3 0 85 5 8 99 0 9 3 41 3 0 93 0 0 l 笋萎l 瑶：冀 酬# 女$ 罐蕊 进一步说明了介质环境中有氧的存在。 b 、部分区块水型及矿化度有所变化 选择了采油三厂和采油五厂共五个监测点，对近十年前后的介质腐 蚀特性数据进行了对比，见表2 - 5 。 表2 5 表明，个别过去注清水的区块随着污水回注的实施，水型 及矿化度都有了变化，尤其是采油三厂文明寨区块水型发生了较大变 化，而反映出的问题是产出水结垢趋势增强，腐蚀性增加，从目前的 腐蚀监测数据来看文明寨油田集输支线的腐蚀速率最高，且超标。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章介质腐鹏璺茎墼兰塑垄! 里堕 第3 章介质鹰蚀因素研究 中原油田毕在1 9 9 3 年就进行了生产系统耩蚀因素的研究，随后胜 裂、大庆、江汲、塔矍本等油嘲都针慰腐蚀关键巧节也进行了稠应的 腐蚀因索研究，其中集输管线介质腐蚀因素都是各油田的重点研究内 容，毽瓣藏硬究手段爨以浊气本会爱分摄、疼饿产携分椽、譬线毒季震 分析、备腐蚀因素的静态挂片评价和静态条件的极化曲线测试为主， 动态试验戮动轮挂冀彝旋转挂冀失主。 不同流速、流态条件下各种因素的腐蚀行为及各种腐蚀因素的量化 计算公式过去都没有帮展过研究。通道匿联两的万方数据资源系统查 询了国内专业期列，势通过信息中心捻索了中黑石油文摘库( 1 9 8 6 2 0 0 1 ) ，检索结果只发现了三篇关于流体流型及管线设计方面的研究文 搴，文鬻仅仅辩水平管瓣波状滤、弹牧漉、分艨及环状滚进行了臻究， 没有涉及到腐蚀研究。 逶j 霪美藿囊疆工程舞学会n a c e1 9 9 7 年班来收录豹瓣际最薪褒镀与 防护研究论文当中检索到几篇关于流动状态下的腐蚀机理研究的文章 金文，箕串，美国俄亥饿大学1 9 9 7 年成立了多籀系统腐镪研究中心， 进行了水平多棚击流中的淡水腐蚀模型研究，避过研究得出的计算公 式，可以预测糖水平冲击流情况下的腐蚀速率；新加坡的一家油田化 学磅究枧梅进磐了在e 镰及食砂条馋下多穗流体慰管道约囊蚀霹以看 出目前蹰际上威用多相流进行腐蚀研究只限子一种、最多两种因素， 霖萎氆没有公露其诗雾公式。滋魏胃戳浚在多稳流条释下遗纷集输警 线介质腐蚀因豢的研究与腐蚀速率的计算公式，尤其悬用现场污水进 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 行研究属于国际领先水平。 本论文的研究利用新建的三相流腐蚀评价装置，模拟现场生产条 件和参数，针对油田集输系统的主要腐蚀因素进行腐蚀速率的量化研 究。 图3 - 1 三相流腐蚀评价装置 装置的主要参数： 液体循环量：8 0 0 l 管线规格：直径- 5 0 、7 6 、1 2 0 m m 长度：4 0 0 0 0 m m 装置耐压： i m p a 装置耐温： 1 0 0 根据集输管线介质的生产条件及主要腐蚀因素进行以下研究： 温度；常温8 0 c 。 矿化度：o 3 0 x1 0 4 m g 1 液相流速：o 2 m s 含水：1 0 9 0 c 仉分压：0 o 3 m p a 氧含量：0 o 2 p p m 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章介质腐蚀因素教学模型研究 p h ：4 9 介质：水一现场油井产出液；油一柴油；气一高纯二氧化碳及氮气。 采用2 0 。钢的三金属电极和美国2 7 3 a 恒电位仪，线性极化法测试腐 蚀速率。 操作步骤： 1 、处理和安装电极； 2 、充氮气驱赶流程中的空气，至氧含量基本为0 ； 3 、充入二氧化碳气体达到设计压力； 4 、通过泵，抽入现场取回的污水# 5 、启动混输泵，使气液介质在系统中循环流动； 6 、调节流量至设计流量； 7 、启动加热器，并调节温度控制器至设计温度： 8 、各参数达到设计要求，并且系统稳定3 0 分钟后，开启2 7 3 a 恒 电位仪录取数据； 9 ，按试验设计操作，至试验结束。 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 图3 - 2美国2 7 3 a 恒电位仪 计算公式的得出采用数学统计分析软件：o r i g i n 6 0 。 3 1 温度对腐蚀影响程度的计算公式 无论金属的腐蚀是由氧扩散控制有关，还是与析氢反应有关，温 度的升高都将影响电化学反应的动力学参数、电荷的传递速度，或影 响介质中气体的溶解和有关化学反应速度，并会改变金属表面膜的特 性。在不同的温度区间内，不同的因素起主要作用，温度的升高既可 中国石油大学( 华东) 硬士论文 第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 能使金属的腐蚀速率增大，也可能会使腐蚀速率减小。因此研究在集 输管线生产条件下温度对金属腐蚀的影响十分必要。 实验条件：流速：0 4 m s ，温度：2 0 8 0 ，c 0 ：分压：0 0 5 船a ， 含氧：0 ，含水：9 0 ，介质：采油五厂产出液，介质组成见表3 - 1 。 表3 - 1实验介质组成 卜 c ，c 1 一s 0 ，嘶 总矿 s 胁 t g b 化度 阴 总铁 ( 吣1 ) ( m g 1 ) ( 吣1 )( 啷1 ) ( 个1 1 )( # m 1 ) ( m g 1 ) 陬值 5 0 8 99 l 6 4 48 1 22 3 61 5 1 1 4 5 6 o 3 3 5 l o o1 0 0 0 测试结果见表3 - 2 。 表3 - 2 温度对腐蚀的影响测试结果 温度腐蚀速率1腐蚀速率2 平均值 ( ) ( 衄a )( m a )( a ) 2 0 0 1 4 20 1 3 40 1 3 8 2 50 1 9 60 1 8 20 1 8 9 3 0 0 2 1 90 2 2 90 2 2 4 3 50 2 6 30 2 7 10 2 6 7 4 0 0 3 3 10 3 3 90 3 3 5 4 50 4 0 20 3 9 8o 4 5 0 0 4 5 30 4 5 9 0 4 5 6 5 50 5 3 60 5 30 5 3 3 6 0o 6 30 6 2 60 6 2 8 6 50 7 8 20 7 8 40 7 8 3 7 01 0 3 81 0 4 21 0 4 7 51 1 9 91 1 9 31 1 9 6 8 01 3 2 61 3 2 41 3 2 5 根据以上数据，以x 轴为温度坐标，两次测试腐蚀速率的平均值为 y 坐标，进行逐点拟合，得出以下图形及计算公式。 1 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 腐蚀速率( r a m a ) 2 03 04 05 0 6 07 08 0 图3 - 3温度对腐蚀影响 拟合后的公式： 温度 y = 0 0 7 5 4 4 e 2 7 5 埘3 ( 3 1 ) 式中r 一腐蚀速率，m a 卜温度，。 从拟合的结果分析，集输管线生产条件下介质温度对腐蚀影响程度 是随温度的上升不断增加的。在无氧的流动条件下，5 0 8 0 之间腐 蚀速率受温度的影响程度，远大于2 0 5 0 c 之间腐蚀速率受温度的影 响程度。这就是说在地面集输系统条件下温度对腐蚀的促进作用，小 于井下条件温度对腐蚀的促进作用。 1 7 4 2 o 8 6 4 2 o 1 1 1 o o 0 o o 中国石油犬学( 华东) 硕士论文第3 常介质腐蚀塑素墼堂蠼墨! ! 堕 3 2 矿化度对腐蚀影响程度的计算公式 油豳水中的溶解盐类对水的腐蚀性肖显著的影响，不同的阴离子和 阳离子对水的腐蚀程度也是不弼的，一般而言水的腐蚀性随溶解盐浓 度的增大两增大，直到擞现最大僮后趋母减小。主要因为含盐爨增搬， 盐水导电性增大，腐蚀增大；假含盐量足够大时，会明显引起水中氧 气豹溶瓣度下黪，使腐缓降羝。对无氧、含二畿纯羰气体戆集辕警线 介质在擞产条件下矿化度对腐蚀的影响需要迸一步研究。 实验条箨：流速；0 4 m s ，滠度：4 0 ，。分莲：0 0 5 皆氇， 含水：9 0 ，矿化度i0 3 0 1 0 4 m g l ( 配矿水) 测试结果觅袭3 - 3 。 矿纯度壤镪速率i瘸镪速率2 平鹅值 ( 1 0 m g 1 ) ( m m 8 )湎a )( m a ) o0 。1 2 4 1 0 1 1 2 2 3n 1 2 3 2 l0 3 3 1 2 o 3 3 3 80 3 3 2 5 2 50 5 1 3 6 o 5 1 1 20 5 1 2 4 5 o 6 2 2 3o s 2 8 5o 6 2 5 毒 1 00 6 9 7 20 6 9 3 2 0 6 9 5 2 1 50 。8 5 3 6 0 。8 5 鹩0 8 5 鸵 2 0 0 8 5 8 90 8 6 0 70 8 5 9 8 2 50 8 7 2 1 0 8 6 7 90 。8 7 3 0o 8 2 4 50 8 1 5 5 o 8 2 根攒戳上数据，戳犷纯度为x 辘，两次测试腐蚀速率豹平均值为j 轴，进杼逐点拟合，得出以下图形及计算公式 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 腐蚀速率( r a m a ) 051 01 52 02 53 0 图3 - 4 矿化度对腐蚀影响 矿化度( 1 0 4 m g i ) 拟合得到公式： 三一三一 j ，= 0 0 8 9 4 5 + 0 4 9 3 3 7 ( 1 一p 。1 “”) + 0 2 8 6 2 3 ( 1 - e0 9 5 ”8 ) ( 3 2 ) 式中y 腐蚀速率，m a t x - 矿化度，1 0 4 m g 1 。 从拟合的结果分析，集输管线生产条件下介质矿化度对腐蚀影响程 度是随矿化度的上升开始增加幅度非常明显，随着矿化度的进一步增 加又趋于稳定的趋势，当矿化度在o i o x1 0 4 m g 1 时，随矿化度的增 加，其腐蚀速率成倍增加，当矿化度达到1 5 x1 0 4 m g 1 以上时，腐蚀速 率趋于稳定、甚至有下降趋势。 1 9 o 8 6 4 2 0 1 o 0 o o 0 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 3 3 流速对腐蚀影响程度的计算公式 流速对腐蚀的影响主要通过两方面来起作用：一是流动的介质对金 属表面的冲刷，二是流动的介质影响物质的传输过程。一般而言，流 速的增大既可能增加也可能减轻腐蚀，主要受化学因素( 金属组成、 结构，电解质组成等) 、物理因素( 金属硬度、拉伸强度、表面状态， 电解质密度、粘度等) 和流体动力学因素( 压力、颗粒、剪切力等) 的影响。而集输管线生产条件下介质的流速对腐蚀是如何影响的，则 需要具体研究。 实验条件：流速：o 2 m s ，温度：4 0 ，c 0 2 分压：0 0 5 4 p a ， 含水：9 0 ，介质：采油五厂产出液，介质组成见表3 - 4 。 表3 - 4实验介质组成 卜 c a c l 一s o , -嘶 总矿 s 髓啪 化度 p h 总铁 ( r a g 1 ) ( m g 1 ) ( 粥1 )( m g 1 )( 个m 1 ) ( 个- 1 ) ( 呱1 ) 暾值 6 1 0 6 8 4 5 4 0 8 1 23 2 41 3 9 3 4 3 6 o 4 1 2 1 0 01 1 0 0 0 0 表3 - 5 介质流速对腐蚀影响程度测试数据 流速腐蚀速率1腐蚀速率2平均值 00 0 2 4 90 0 2 4 90 0 2 4 9 o 10 2 3 4 2 0 2 3 3 80 2 3 4 0 0 20 3 0 2 50 3 0 0 90 3 0 1 7 0 40 4 0 2 50 4 0 0 80 4 0 1 6 o 60 7 0 6 10 7 0 4 30 7 0 5 2 o 80 9 8 4 10 9 8 6 30 9 8 5 2 1i 1 2 1 3i 1 1 9 61 1 2 0 5 1 2 i 3 5 3 1i 3 5 1 4 1 3 5 2 2 1 4i 4 7 2 61 4 8 8 51 _ 4 8 0 6 根据以上数据，以流速为x 轴，两次测试腐蚀速率的平均值为y 轴， 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 进行逐点拟合，得出以下图形及计算公式。 腐蚀速率( r a m a ) 流速( m s ) 0 00 20 40 60 81 01 21 41 61 82 0 图3 - 5流速对腐蚀影响 y = 0 9 7 9 5 x + 0 0 9 9 6 6 ( 3 3 ) 式中y 腐蚀速率，r a m a ： x 流速，m s 。 从拟合的结果分析，在无氧的集输管线生产条件下介质流速对腐蚀 影响程度基本呈线性关系，即在o 2 m s 的条件下随流速的增加，腐 蚀速率呈线性关系的增加。 3 4 油水比对腐蚀影响程度的计算公式 在油水两相体系中，油的存在对介质中金属腐蚀行为有较大影响， 在静态挂片实验中发现处于油相中的金属表面几乎不腐蚀，那么在动 态条件下，尤其在集输管线生产条件下介质油水比对腐蚀的影响程度 如何需要具体的研究。 o 8 6 4 2 0 8 6 4 2 0 2 1 1 1 1 1 o o o o o 中国石油犬学( 华东) 硕士论文第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 实验条件：流速：0 4 m s ，温度：4 0 1 3 ，c 魄分压：0 0 5 m p a 含水：l 萨9 溉，奔缓：采油聂厂产出滚，分震缓成鼹裹3 喝。 表3 - 6实验介质组成 卜 秽| c 1 s 。，l h c o ， 慧矿 s 黯稻8 c r a g 1 ) f ( m g 1 ) 蚓1 ) i ( m g 1 ) 纯度 雕 憩铁 ( 十m 1 )( 十m 1 ) ( m g 1 ) 融焦 7 2 3 7 l 8 8 0 9 2 8 1 2 l 2 7 01 4 5 2 6 5 & o 3 2 2 0l o d 袭3 - ? 浊水比对魔皱影响程魔涮试数掇 含水赭蚀速率1腐铖速率2平均值 l o0 。0 5 1 90 ，0 5 0 50 0 5 1 2 2 0 0 0 4 8 l0 0 4 8 90 0 4 8 5 3 00 。0 5 7 5o 。0 5 8 70 0 5 8 1 4 00 1 5 3 8o 1 5 4 20 1 5 4 5 00 1 9 0 60 1 8 7 40 1 8 9 6 0o 2 6 7 50 2 6 2 5o 2 6 5 7 00 3 8 2 7o 3 7 9 30 3 8 1 8 0 o 4 0 1 5乱4 1 0 5o 毒0 6 9 00 。4 2 2 9o 4 1 9 30 。4 2 l l 根据以上数据。以含水为x 轴，两次测试腐蚀速攀的平均俊为y 轴，进行逐点拟合，得嬲以下图形及计算公式。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 腐蚀速率( r a m a ) 图3 - 6 油水比对腐蚀影响 j ，= = ! ：! ! q ! + o 4 4 6 9 x - 5 50 5 8 v 1 + p 可鬲 式中 y 腐蚀速率，m m a ； x 含水率，。 ( ) ( 3 4 ) 从拟合的结果分析，在无氧的集输管线生产条件下介质含水率对 腐蚀的影响程阶段性交化，当含水为0 3 0 时腐蚀速率变化不大，当 含水为4 0 7 0 时腐蚀速率随含水的增加明显增大，当含水大于7 0 时 腐蚀速率的变化趋于平缓。 3 5 二氧化碳分压对腐蚀影响程度的计算公式 当水中有游离二氧化碳存在时，水呈酸性反应，会产生氢去极化腐 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 蚀，而且钢材受游离二氧化碳腐蚀所产生的腐蚀产物是易溶的，在金 属表面不易形成保护膜。但同时二氧化碳在水中的溶解度与压力、温 度以及水的组成有关，因此在集输管线生产条件下介质的二氧化碳含 量对腐蚀的影响需要进行有针对性的具体研究。 实验条件：流速：0 4 m l s ，温度；4 0 ，c o ：分压：0 o 3 m p a ， 含水：9 0 9 6 ，介质：采油五厂产出液，介质组成见表3 - 8 。 表3 - 8 二氧化碳分压对腐蚀影响程度测试数据 二氧化碳分压腐蚀速率1腐蚀速率2平均值 0 0 5o 3 2 5 60 3 1 9 40 3 2 2 5 o 1，0 4 5 0 20 4 5 2 8o 4 5 1 5 o 1 50 6 3 2 40 6 2 9 8o 6 3 1 1 o 2o 7 2 9 6o 7 4 “0 7 3 7 0 2 50 7 6 5 20 7 5 9 00 7 6 2 1 0 30 7 6 9 20 7 6 7 0 0 7 6 8 1 根据以上数据，以二氧化碳分压为x 轴，两次测试腐蚀速率的平均 值为y 轴，进行逐点拟合，得出以下图形及数学模型。 l y = 0 0 t 8 8 9 + 0 8 4 1 4 6 ( 1 - eo 9 6 4 1 ( 3 - 5 ) 式中 y 腐蚀速率，m a ： 善矿化度( 1 0 4 m g 1 ) 从拟合的结果分析，二氧化碳分压对腐蚀的影响较大，在o o 2 m p a 时，随二氧化碳分压的增加，腐蚀速率上升幅度明显；当二氧化碳分 压在0 2 0 3 m p a 时，随二氧化碳分压的增加，腐蚀速率上升幅度减 缓。根据集输管线的生产条件判断，二氧化碳分压基本在0 0 2 m p a 左 右，因此因二氧化碳对腐蚀的影响并不大。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 腐蚀速率( r a m a ) 0 晒0 1 00 1 50 2 00 2 50 3 0 图3 - 7 二氧化碳分压对腐蚀影响 3 6 氧含量对腐蚀影响程度的计算公式 压( m r a ) 油田水中的溶解氧对碳钢的腐蚀是比较严重的，油田产出水本来不 含氧，但大量的增产措施给整个系统造成了局部有氧的环境，尤其是 有氧的存在，碳钢在含盐量较高的水中将发生局部腐蚀。对于集输管 线的介质而言，只是局部有氧、而且氧含量并不高，因此在o _ 0 2 p p m 的范围内对相应的腐蚀速率变化进行研究。 实验条件：流速：0 4 m s ，温度：4 0 ，c o z 分压：0 0 5 m p a 氧含量：o o 2 p p m ，含水：9 0 9 6 ，介质：采油五厂产出液，介质组 成见表3 - 9 。 8 7 6 5 4 3 o o o 0 o 0 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 表3 _ 9氧含量对腐蚀影响程度测试数据 含氧( p p m )腐蚀速率1腐蚀速率2 平均值 0 0 20 2 1 2 60 2 1 0 20 2 1 1 4 0 0 40 2 8 6 5 0 2 8 1 70 2 8 4 1 0 0 6o 3 7 1 20 3 7 8 80 3 7 5 0 0 8o 4 6 0 20 4 4 7 80 4 5 4 o 10 5 3 5 5o 5 6 4 50 5 5 0 1 2 0 6 2 4 5 0 6 0 4 50 6 1 4 5 0 1 4 0 6 4 8 50 6 4 3 50 5 4 6 0 1 60 6 1 0 20 5 9 3 80 6 0 2 0 1 80 5 7 4 40 5 6 7 60 5 7 1 腐蚀速率( r a m a ) 0 7 0 6 o 5 o 4 o 3 0 2 o 1 o 0 o 0 2 0 0 00 0 20 0 40 0 60 ，0 1 00 1 2n 1 40 1 60 1 80 2 0 图3 - 8 含氧对腐蚀影响 倒o s s 2 6 ( 1 一e 靠) + o - e 去) ) c s 吲 式中y 腐蚀速率，r a m a ： 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章介质腐蚀因素数学模型研究 工一含氧，m g 1 。 从拟合的结果分析，在集输管线生产条件下介质的含氧对腐蚀的影 响较大，当含氧在0 1 m g 1 以下时对腐蚀的影响比较明显，当含氧达 到0 1 6 m g 1 以上时腐蚀速