[发明专利]一种考虑腐蚀产物膜影响的CO2

说明书

本发明公开了一种考虑腐蚀产物膜影响的CO₂腐蚀速率预测方法，属于油气田腐蚀防护技术领域。所述方法包括：首先对CO₂溶液体系进行化学平衡计算，确定腐蚀过程中主要的电化学反应，利用Butler‑Volmer方程建立电化学模型；利用柯尔本j因数类似法和拟定的腐蚀产物膜因子建立传质模型，其中腐蚀产物膜因子可由实验所测腐蚀速率通过腐蚀机理模型反算得到；最后结合混合电位理论得到腐蚀电位，进一步计算得到腐蚀速率。本发明考虑多场耦合作用，基于腐蚀反应机理和数学推导，建立了油气管道CO₂腐蚀预测机理模型，并考虑腐蚀产物膜存在下理论预测值偏高的情况，通过拟定腐蚀产物膜因子对预测结果进行校正，提高了腐蚀预测的准确性，且具有良好的外推性和灵活性。

技术领域

本发明公开了一种考虑腐蚀产物膜影响的CO₂腐蚀速率预测方法，属于油气田腐蚀防护技术领域。

背景技术

CO₂腐蚀是油气化工领域最为普遍也是最为严重的腐蚀问题。随着我国CCUS(Carbon Capture/Utilization/Storage)技术的不断发展，CO₂驱油技术在各大油田得到广泛应用，但同时也导致CO₂作为伴生气对油套管及集输管道产生严重的腐蚀。随着CO₂机理研究的不断深入以及预测模型的不断发展，已有较多的经验/半经验模型开发成为商业软件应用于各个工程实际当中，其中应用在工业领域最多的莫过于上世纪90年代De Waard、Dugstad等人提出的一系列经验/半经验模型。虽然在特定腐蚀环境下，这些模型预测情况较为贴合现场实际，但是不同的预测模型建立的基础不一样，所关注的影响因素及其相应的权重也不一样，造成特定的模型只适用于特定的环境，应用受到限制。而随着油气行业的不断发展，人们面临的生产环境只会越来越复杂，使得这些经验/半经验模型渐渐变得不再适用。而机理模型的建立是基于腐蚀热力学和动力学的理论，这些模型在发展过程中更多依靠的是电化学数据，且与经验/半经验模型中使用的修正因子不同，机理模型中使用的参数具有真正的理论意义，虽然相对于其他模型理论计算较为复杂，但由于其良好的透明性、灵活性和外推能力，具有更好的发展潜力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种考虑腐蚀产物膜影响的CO₂腐蚀速率预测方法，该方法考虑流体流动、电化学反应、传质过程等多场耦合作用，基于腐蚀反应机理和数学推导，建立了油气管道CO₂腐蚀预测机理模型，并考虑腐蚀产物膜存在下理论预测值相对于实测值偏高的情况，通过拟定腐蚀产物膜因子对预测结果进行校正，提高了腐蚀预测的准确性，且具有良好的外推性和灵活性，为油气管道腐蚀与防护提供参考。

为达到上述目的，本发明提供一种考虑腐蚀产物膜影响的CO₂腐蚀速率预测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：首先对CO₂溶液体系进行化学平衡计算，利用逸度系数对CO₂天然气混合物的非理想性进行修正；利用离子强度和活度系数对溶液介质的非理想性进行修正；修正后二氧化碳饱和溶液中常见化学反应及其平衡常数计算见表1。

表1二氧化碳饱和溶液中常见化学反应及修正后平衡常数计算

式中，K为反应平衡常数，a_i为离子活度，为CO₂逸度，为逸度系数，C_i为离子浓度，mol/L；为CO₂分压，bar；γ_±为平均离子活度系数，地层水一般为0.66。