高含水原油集输管道内腐蚀检测监测技术 .pdf

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高含水原油集输管道内腐蚀检测监测技术

黄辉;王峰;黄龙;何仁洋;陈立秋

【摘要】国内油田开发后期,原油集输管道含水率高,由内腐蚀导致管体腐蚀穿孔问

题凸显,对于高含水原油集输管道,分析其内腐蚀影响因素,预测管体易腐蚀位置,采取

有效的检测手段及具体监测方法解决.文中对高含水原油集输管道内腐蚀因素进行

分析;建立典型管段模型进行FLUENT多相流模拟,得出水滴在弯头出口外侧及两颊

处有沉积,为易腐蚀位置的结论.

【期刊名称】《管道技术与设备》

【年(卷),期】2016(000)005

【总页数】4页(P26-29)

【关键词】高含水原油;集输管道;内腐蚀;检测;监测

【作者】黄辉;王峰;黄龙;何仁洋;陈立秋

【作者单位】中国特种设备检测研究院,北京100029;中国特种设备检测研究院,北

京100029;大庆油田有限责任公司采气分公司,黑龙江大庆163453;中国特种设备

检测研究院,北京100029;中国特种设备检测研究院,北京100029

【正文语种】中文

【中图分类】TE88

随着油田开发的深入,国内各大油田相继进入开采后期,产出液含水率高,油田开

发面临诸多问题:新增可采储量逐年减少,储采失衡日趋严重;水油比呈指数上升,

控水难度越来越大;原油开采能耗上升,采油成本不断上升;集输管道投用时间较

长;介质比例发生变化导致管体腐蚀加速[1-2]。

油田进入高含水期后,油井的总产液量不断上升,采出油水流型基本呈分层流状态,

在分层流中,油水两相基本上是分离的,水在管子底部而油在水层上方流动[3-7]。

一般认为采出原油中的杂质含水、盐、机械杂质等,而油气集输管道输送的介质一

般为气、水、烃、固共存的多相流介质。

1.1输送介质中含有H2S、CO2和Cl-

1.1.1H2S腐蚀原理

H2S溶于水后首先吸附于Fe表面,Fe经过一系列阴离子吸附和脱附、阳极氧化

反应、水解等过程,生成Fe2+或者FeS,导致Fe腐蚀。

1.1.2CO2腐蚀原理

CO2和水非常容易结合成碳酸,碳酸发生化学反应最终会形成氢离子和碳酸根离

子。碳酸根离子极易与金属管道发生氢化反应,会置换出氢气,所以CO2也会造

成管体坑腐蚀、片腐蚀等[8]。

1.1.3Cl-腐蚀原理

管内流体存在Cl-腐蚀介质时,Cl-半径较小易渗入管内壁面钝化膜,且Cl-去钝化

能力较强,在阳极区,铁发生腐蚀生成铁离子,当存在一定的Cl-时,在腐蚀电池

产生的电场作用下,Cl-不断向阳极区迁移、富集,加速管材的阳极反应,促进管

材局部内腐蚀[9]。

1.2管道的多相流造成的腐蚀

集输管道多相流中包括砂粒、气体、流体及碎屑等。气泡和固体颗粒均能对管道产

生冲蚀作用,撞击腐蚀物使之掉落,甚至会直接冲击表面导致磨损。

冲刷腐蚀中腐蚀和冲刷所起的作用以及冲刷-腐蚀相互转变的条件与颗粒的撞击速

度、应用的电位和冲刷的角度密切相关。

1.3溶解氧造成的管道内腐蚀

介质中溶解的O2可增加腐蚀速率,一般规律是在氧浓度低时起去极化作用,加速

腐蚀,随着氧浓度的增加,腐蚀速度也增加,但达到一定值后,腐蚀速度开始下降,

这时的溶解氧浓度称为临界点值。

NACE-SP0208中提出,含水原油集输管道中,在亲油表面,油对碳钢有着更强的

亲和力,亲油表面物理隔离了管道和腐蚀环境,在该条件下,管体腐蚀不会发生;

在亲水表面,油不会对碳钢产生亲和力,管体腐蚀主要发生在亲水表面。因此,高

含水原油集输管道发生内腐蚀位置一般是积水最严重管段,找出流向变化时介质流

场分布规律,对评价管道内腐蚀预测有重要意义。表1为国内部分油田高含水原

油部分集输管道参数。

参照表1中实际工况建立典型管段模型,对其进行FLUENT两相流仿真模拟,预

测特殊管段积水位置,并根据腐蚀影响因素对高含水集输管段内腐蚀位置进行初步

预测。

图1中,在弯头入口直管段,水滴分布不均匀,这是因为进口端面的边界层网格

比较密,而采用的面射流源是水滴从每个网格喷入,所以入口段管壁处浓度较高,

而管路中心线处浓度较低。

由图2可以看出,在管道弯头处,有2个区域的水滴沉积比较多,一个区域是弯

头出口外侧,另一个区域是弯头的两颊处。水滴在弯头出口外侧沉积,原因是:当

流体流入弯头后,由于受到管壁的限制而做圆周运动,由此产生离心力。在离心力

的作用下,流体对弯头外侧管壁施加正向挤压力,而对弯头内侧管壁施加负向牵引

力。另外,水滴也容易在弯头两颊处沉积,原

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