基于流场计算的天然气集输管线CO2腐蚀预测模型

为了更准确地反映含CO₂天然气管线典型管件（弯头及T形管）的腐蚀情况,在根据deWaard腐蚀模型预测管段平均腐蚀速率的基础上,应用计算流体动力学（CFD）方法计算了管道内的流场,分析了流场参数对管段腐蚀速率的影响,进而结合颗粒冲蚀模型,对已有的de Waard腐蚀模型进行了改进,并提出了流场作用下的CO₂腐蚀模型。应用该改进的CO₂腐蚀模型研究现场实际工况表明：影响管线腐蚀的主要流场参数为介质流速、湍动能和相分布;弯头腐蚀最大位置位于弯头部位迎流侧偏向流场下游位置;T形管腐蚀最大位置位于沿内部斜向合流部位。改进模型计算出的管线重点腐蚀位置和腐蚀速率,与现场工况的壁厚检测结果吻合良好,从而验证了该改进腐蚀模型的正确性。这种基于流场作用下改进的CO₂腐蚀模型为天然气管线腐蚀预测体系的建立提供一种新思路。     

集输管线腐蚀检测与安全性分析——以鄂尔多斯盆地靖边气田为例

鄂尔多斯盆地靖边气田于1997年建成投产,天然气中携带H₂S、CO₂等酸性气体及高矿化度地层水等腐蚀性介质。为确保集输管线的安全运行,近年来,利用外腐蚀检测技术、取样分析检测技术和智能漏磁内腐蚀检测技术对集输天然气管线开展了腐蚀检测作业。检测结果表明,该气田集气干线腐蚀速率为0.06～0.103 mm/a,集气支线腐蚀速率为0.08～0.127 mm/a,集输管线阴极保护效果及管道外防腐层质量较好,管道腐蚀较轻,均能通过安全评定,不影响管线的正常运行。同时,运用修正的B31G准则、Shell 92法、GB 50251、Newton-Raphson公式等安全性分析与评价方法对检测管线进行了安全性分析,结果表明,集气干线、支线最小失效压力分别为12.5 MPa、8.53 MPa,均高于管线的工作压力5.0 MPa,集输管线服役状态良好,运行安全。该检测与分析结果,为靖边气田集输管线的安全管理提供了保障。     

油气藏型储气库CO2腐蚀防护技术研究

国内外绝大多数地下储气库由枯竭油气藏改建而成,采气期采出天然气中通常含有液烃、水和CO₂。CO₂在湿气环境中具有腐蚀性,会对采气集输管线和设备造成一定程度的内腐蚀。为做好油气藏型储气库CO₂腐蚀防护,最大程度减缓CO₂腐蚀对采气系统造成的不利影响,延长储气库服役寿命,通过对储气库采气系统CO₂腐蚀规律和各种腐蚀因素进行研究分析,对比分析不同腐蚀防护技术和手段,明确了油气藏型储气库更适合通过加注缓蚀剂对CO₂腐蚀进行防护。以辽河雷61储气库第一个采气期为例,定期化验监测CO₂摩尔体积分数、计算CO₂分压,依据规范要求,及时调整缓蚀剂加注量。采气期结束对腐蚀挂片和电子监测探针数据进行分析评价,显示缓蚀剂动态加注取得了良好防护效果。该研究可为类似工艺情况提供借鉴。     

某气田地面集输管线钢管腐蚀原因分析

西部油田某地面集输管线二级节流后钢管服役1年后发现内壁发生了腐蚀。通过宏观分析、理化性能试验、扫描电镜、能谱分析和X射线物相分析等方法,同时根据服役工况,对钢管腐蚀原因进行了分析。结果表明,钢管材料的化学成分和拉伸性能试验结果符合API Spec 5L—2018标准的要求,内壁腐蚀产物主要由FeCO₃和CaCO₃组成。钢管内壁腐蚀主要为CO₂腐蚀,管内较高的服役温度和介质流速加速了腐蚀的发生。建议加注缓蚀剂或采用耐蚀合金材料钢管。     

高酸性气田地面集输管线电化学腐蚀研究

在高酸性天然气的集输过程中,元素硫和凝析水／地层水很有可能沉积在集输管线的底部,导致管线的严重腐蚀。针对这种现象,开展了地面集输管线材料的电化学腐蚀研究。室内研究结果表明,当元素硫悬浮在试验介质中时,L245的腐蚀速率为0．0937mm／a;而试验材料浸没在元素硫中时,L245的腐蚀速率为23．068mm／a,且以局部腐蚀为主。在现场试验条件下,天然气流速为0m／s时,会出现凝析水／模拟盐水以及元素硫的沉积,导致L360的腐蚀特别严重（1．267mm／a）,在较高的流速（2．25m／s和4．0m／s）下,随着流速的增大,L360的腐蚀速率有所上升（分别为0．177mm／a和0．362mm／a）,但比流速为0时要小;增加水中Cl^-含量会加剧材料的腐蚀。研究结果表明,元素硫和地层水／凝析水的沉积对管线腐蚀的影响特别大,应重视其防护方法。     

昭通区块页岩气工艺气管线腐蚀与防治

目的 针对昭通页岩气区块集输平台管材腐蚀严重现象,开展页岩气工艺气管线腐蚀与防治研究。方法 通过分析弯头腐蚀情况,确定腐蚀产物主要为FeCO₃和FeO,并考查了CO₂含量、CO₂分压、侵蚀性CO₂、溶解氧、流速、出砂、细菌等因素对腐蚀的促进作用。结果 发现溶解氧促进的CO₂腐蚀是管材腐蚀的主要因素,流体总CO₂含量越高,分压越大,腐蚀越严重,流速和含砂对管材腐蚀同样存在促进作用,而细菌对腐蚀无明显促进作用。结论 同时筛选出了咪唑啉和曼尼希碱两类具有明显提高缓蚀性能的缓蚀剂,现场应用证明咪唑啉类缓蚀剂具有较好的缓蚀性能,缓蚀率达95%。     

杨税务气藏集输管线腐蚀监测技术

华北油田第四采油厂杨税务气藏具有集气压力高、采出气液成分复杂等特点。随着投运时间的延长,集输管线出现不同程度的腐蚀现象,具有较大安全隐患。针对该问题,通过室内腐蚀模拟实验开展腐蚀机理研究,明确了流速、分压、温度等参数对腐蚀速率的影响程度。在不改变现场工艺流程的条件下,研发管道腐蚀监测装置对运行集输管线进行监测,评价腐蚀程度。最终制定集输管线腐蚀防护对策,有效延长管线的使用寿命,确保杨税务气藏集输管线的安全运行。     

20#钢集输管线泄漏原因分析

某油田的20#钢集输管线发生了穿孔泄漏事故,为了确定其泄漏原因,对泄漏钢管进行了理化性能试验、腐蚀形貌及腐蚀产物分析。结果表明,泄漏钢管材料的化学成分和拉伸性能符合GB/T 8163—2008标准的要求。该钢管泄漏点位于钢管的底部位置,该部位的钢管内壁存在明显的腐蚀痕迹。该泄漏钢管的腐蚀产物主要包括Fe的氧化物、羟基氧化物及FeCO₃和FeCl₂(H₂O)₄。由于管线内的凝析油中含有水及较高浓度的HCO^-₃和Cl^-,HCO^-₃和Cl^-与钢管材料发生了电化学反应,其中HCO^-₃与钢管内壁材料发生了阴极和阳极反应,Cl^-促进了钢管内壁腐蚀坑的形成,在自催化的作用下,腐蚀坑逐渐向钢管外壁扩展,最终穿透钢管管壁并发生了泄漏。     

页岩气井下油管和地面集输管道腐蚀原因及防护措施

四川页岩气某区块自 2017年起采气管线发生4处穿孔,平台地面集输工艺管道出现17处刺漏穿孔,
且有多口井油管刺漏穿孔现象,严重影响了页岩气开发和生产的正常进行。为此,通过对管道输送介质、环境分
析,腐蚀产物等研究,分析了造成该区块页岩气生产管线腐蚀的主要原因)硫酸盐还原菌" （SRB）是导致刺漏穿孔和
腐蚀的主要原因;CO₂的影响促进了点蚀的发展,Cl^-影响也促进了腐蚀!同时冲刷作用导致局部区域腐蚀过程加
速。最后形成对井筒及地面加注缓蚀杀菌剂工艺,结合对油管加工内防腐涂层、定期清管以及对回用采出水杀菌
等措施,实现了对油套管和地面集输管道腐蚀的有效控制。     

雅克拉气田集气管线内腐蚀分析及材质选用

塔里木盆地雅克拉气田井流物具有高含CO₂、高含Cl^-、低含H₂S、低pH值的特点,投产1年多后,集输管线距井口150 m处相继出现爆管、穿孔、管壁减薄等腐蚀现象。随着气田开发时间的延长,气井含水量上升,腐蚀环境进一步恶化,腐蚀也逐渐从井口方向延伸至进站端。为此,分析了气田集气管线腐蚀环境、腐蚀规律特征、腐蚀影响因素（温度、CO₂分压、pH值、Cl^-含量、多相流流态及流速、水蒸气冷凝率）,确定了集气管线腐蚀主要是CO₂腐蚀,同时冲击流流态下高速气流的冲刷和Cl^-的存在加剧了腐蚀进程。同时,对集气管线的管材进行了筛选,不同材质耐腐蚀性能分析表明：集气管材抗腐蚀性能由强到弱排序为22Cr、316L、玻璃钢、13Cr、1Cr13、06Cr13、3Cr、16Mn、L360;弯头抗腐蚀性能由强到弱排序为1Cr13、16Mn渗氮、15CrMo、16Mn。最后从技术可行、经济合理的角度分析认为：集气管材宜选用316L+20号钢的双金属管材和富含环氧树脂内衬高压玻璃管材,弯头宜选用1Cr13和16 Mn渗氮高压直角弯头。     

某含硫油田20G集输干线内腐蚀穿孔原因分析

为了探究某含硫油田20G集输干线内腐蚀穿孔原因,通过宏观形貌观察、尺寸测量、化学成分分析、金相检验、力学性能测试及腐蚀形貌观察和腐蚀产物分析等方法,并结合该管段的生产标准和现场服役工况进行了分析。结果显示:该20G集输干线材质无异常,符合相关标准要求;失效管段的腐蚀产物化学成分为C、O和Fe,还有少量的Cl和S。分析表明:该管线的输送介质流速过低,致使管道底部长期积水,使得介质中的CO₂、H₂S和少量溶解氧对管线底部产生腐蚀,其中采出水中高浓度的Cl-促进了点蚀的形核和发展,最终导致穿孔。针对此类低压、低流速、高腐蚀性含水原油管道,建议排查管道的输送路径,防止带入空气,如改进工艺流程和采用除氧后的水清管等,并且适当提高流速,减少管线积液。     

海上W油田 32ＣｒＭｏ钢射孔枪腐蚀行为实验研究

针对32CrMo钢射孔枪在高含二氧化碳气体分压井筒中的腐蚀问题,利用高温高压釜开展腐蚀实验,对腐蚀产物膜进行理化特征分析,研究了温度,二氧化碳分压,流速和含水率等因素对 32CrMo 钢腐蚀速率的影响｡结果表明,40℃温度条件下,32CrMo钢腐蚀产物膜为单层结构,对基体的保护作用较弱;80℃时,腐蚀产物膜为双层结构,对腐蚀介质有一定的屏蔽阻挡作用;130℃时,上层产物膜规则致密,对基体的防腐保护作用进一步增强｡32CrMo钢的腐蚀速率随温度升高呈下降趋势,随二氧化碳分压的升高呈对数关系增加,随流速的增大呈线性增加,随腐蚀介质含水率的升高而急剧增加｡基于实验结果,建立了多因素综合腐蚀速率工程预测模型,为工程上32CrMo钢腐蚀速率评价提供参考｡     

沿井筒方向变化的CO_2分压对油管服役时间的影响规律研究

开展沿井筒方向变化的CO_2分压下油管服役时间规律研究,有助于最大限度地延长油管使用年限。为此,将CO_2分压引入Q/HS14015标准腐蚀速率模型中,结合坐封、生产和开发过程中油管服役工况,建立了以油气产量和腐蚀环境为参数的井筒CO_2分压耦合计算模型。应用该模型的计算结果表明:①沿井深方向CO_2分压呈多项式分布,同一井深处,产量越大,CO_2分压越小;②与实测井筒CO_2分压相比,井底段CO_2分压计算值吻合度高,井口段CO_2分压受温度、井筒压力和CO_2摩尔含量降低影响,计算值误差较大;③相同CO_2分压下,腐蚀速率随温度的增加先增大后减小;④CO_2分压与服役时间内油管强度呈反比;⑤一定井深下,相对于温度,CO_2分压对腐蚀后油管强度影响更明显。结论认为:以井筒CO_2分压为基础,结合腐蚀速率和油管坐封、生产和开发过程中所受外挤、内压、拉力服役工况预测油管服役时间的方法,能够进一步优化CO_2腐蚀环境下的油管选材,节约油气井建井成本,在生产中的应用效果也证明了该方法的可行性。     

井筒载荷-腐蚀耦合作用对碳钢套管服役寿命的影响

基于应力-腐蚀介质协同作用原理,结合化学力学效应理论,对高温高压超深井碳钢油、套管在使用过程中面临着CO2、H2S等腐蚀介质以及拉、压等复杂载荷建立了结合热应力影响套管腐蚀速率的解析模型,给出了计算应力影响管柱寿命衰减的解析公式,研究了碳钢油井管服役寿命,并对内压力、挂片实验实测腐蚀速率以及壁厚对碳钢套管服役寿命的影响进行了研究。结果表明,解析模型所得结果与文献报道的应力对腐蚀速率的影响结果相符。在井筒载荷及腐蚀工况下,增加壁厚相对于减小套管内压力,增加套管使用寿命效果不明显。初始腐蚀速率对套管的服役寿命影响较大,当管柱所受应力越大,管柱实际寿命衰减得越快。     

不同相态管输CO_2的节流放空实验

为了探究管输CO_2节流放空过程中的压力、温度响应及相态变化,基于Joule-Thomson效应搭建了橇装实验装置,分别进行了超临界态、液态、气态及含杂质气态CO_2多级节流放空实验。通过实验发现:(1)超临界态及气态实验出口温度先上升后下降,而液态实验出口温度先下降后上升并最终与主管温度变化一致;(2)主管内CO_2的压力、温度随着实验的进行而不断下降,且各截面之间参数差异明显,表明压力扰动传播速度受密度影响;(3)含杂质N2的CO_2放空时出口温度低于纯气态CO_2放空,主管内压力随时间变化速率大于纯CO_2实验主管压力变化速率;(4)管外气云逐渐收缩为气锥,气锥随管内压力下降、温度上升逐渐减弱并最终消失。实验结果表明:(1)在单级节流相同压降下,液态实验产生的温降明显小于超临界态及气态节流温降,但液态CO_2全节流过程会因发生相变而使平均节流效应增强;(2)密度影响内能对外耗散的程度,进而影响节流系数,即密度增大,节流系数降低。进而建议,通过增大泄放速率、节流入口增温、节流出口整流等措施来实现对CO_2放空过程的安全控制。     

气体杂质对CO_2管道输送系统安全的影响

目前CO2管道输送呈现出快速发展趋势,相关问题也日益备受关注。目前国际上还没有关于CO2管道输送混合气体组分的统一标准,而我国在CO2输送管道的建设方面还处于空白,关于CO2中各种杂质对其输送过程的影响特别是对安全的影响也尚不清楚。为此,在对国外CO2长输管道运行现状进行调研的基础上,对管道实际输送CO2混合气体中的杂质类型、杂质含量以及不同的CO2混合气体组成要求进行了总结,分析了含有不同杂质(H2、H2S和SO2等)的CO2混合气体物性参数(密度、黏度和蒸气压)和相态特性的变化规律,重点从管线腐蚀、CO2水合物形成及CO2溶解于水等方面研究了不同杂质对CO2管道系统设计运行的影响,尤其是游离水对CO2输送管道安全运行的影响,并参照国外CO2管道输送系统的标准规范提出了管道输送的CO2混合气体的纯度和含水量要求。     

纯CO2的节流特性

CO₂管道输送是碳捕集与封存技术的一个重要环节。当CO₂管道超压时可采用节流方式泄压,但节流易导致管内温度场骤变,有可能会造成干冰堵塞或管道低温损伤,因而研究CO₂节流特性对于CO₂管道安全泄放控制具有重要意义。为此,建立纯CO₂等焓节流模型,给出了考虑相变的CO₂节流后温度的计算方法,并与天然气主要成分CH₄对比,分析了CO₂的焦耳-汤姆逊效应。研究结果表明,处于正常输送工况（20 MPa以下）的CO₂节流时将产生温降效应;由于CO₂临界点温度和压力较高,其节流后容易进入两相区,使温度和密度发生突变。因此,进一步讨论了改变节流控制参数（入口温度、入口压力和出口压力）对节流出口温度的影响。结论认为：①在节流压力一定时,提高入口温度使超临界CO₂不易进入两相区,但使密相CO₂更易进入两相区;②若节流进入两相区,在一定范围内改变入口压力对出口温度没有影响;③当节流入口条件一定时,出口压力为临界压力时是形成两相流的分界压力,出口压力为三相点压力时是形成干冰的分界压力。该研究成果对CO₂管道的节流控制和干冰堵塞预防具有指导意义。     

煤层气地面集输管网的瞬态水力热力计算模型

煤层气特有的排水采气特性与煤层气区块复杂的地形条件,都极易导致凝析水在煤层气管网低洼处聚集,致使管网压力波动更加明显而频繁,给管网安全运行与维护带来了较大的隐患。为此,基于两相流水力热力相关计算公式,利用管网节点法与大型稀疏矩阵的求解方法,建立了煤层气集输管网的瞬态水力热力计算模型。综合考虑管网所在地区的地形起伏情况,对不同时间条件下的管网各节点参数进行了计算,从而明确了煤层气地面集输系统水力热力参数随时间与集输距离的变化规律。结果表明:(1)各管沿线的质量含气率逐渐下降,持液率不断上升,并受到地形起伏的影响而发生较大波动;(2)积液多存在于管路前端地势低洼处的初始上坡段,并且在管网清管后运行20 h时低点持液率超过高点持液率的1.5倍;(3)随着管路的延长,气相流速不断增大,沿线饱和含水率不断减小;(4)管路全线压力随时间的增加而逐渐下降,在地形起伏明显的地区,受持液率变化的影响,压力也发生了小范围的波动;(5)积液的产生是导致管网压力波动的主要原因。