油田污水回注管道腐蚀速率

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万方数据油气储运油田污水回注管道腐蚀速率灰色理论预测林伟民。任韶然(中原油田采油工程技术研究院)(中国石油大学(华东)石油工程学院)刘媛左景栾(山东省科学院激光研究所)(中国石油大学(华东)石油工程学院)史江恒(中原油田采油工程技术研究院)林伟民任韶然等：油田污水回注管道腐蚀速率灰色理论预测，油气储运，2009，28(6)48～51。摘要介绍了胜利油田某采油厂七个污水站污水回注管道的腐蚀情况，利用灰色理论关联分析方法分析了污水站回注管道腐蚀速率和腐蚀因素之间的关系，确定了影响胜利采油厂污水站管道腐蚀的主要因素为总矿化度、硫酸盐还原菌和溶解氧含量。通过GM(1．1)系统建立了腐蚀速率随时间变化的灰色动态模型，预测了腐蚀速率的变化，预测值与实际值吻合得较好。主题词油田污水回注管道腐蚀灰色理论预测模型一、前言一、翮吾在油气田开发中后期，随着采出含水率的不断增高，以及污水介质中各种腐蚀因素的影响，集输系统管道内腐蚀破坏日益严重“3。2005年胜利油田某采油厂七个污水站污水回注管道平均腐蚀率达到0．1604mm／a，远远超出行业标准规定的0．076mm／a。胜利油田采油厂各污水站水质特点为悬浮固体含量多、细菌含量多、矿化度高、水温高等，这些因素加剧了管道的腐蚀程度。通过灰色理论关联分析方法分析了引起腐蚀的各种因素，并确定了主要影响因素。依据2001,--,2005年管道腐蚀数据，采用GM(1．1)系统建立了腐蚀规律的动态模型，并对2006年和2007年的腐蚀规律进行了预测。二、采油污水对管道腐蚀的影响采油污水又称油田含油废水，由于各油田采出水水质情况不同，而且同一地区不同区块的水质差别各异，以及原油脱水工艺及处理效率的差异，废水*457001，河南省濮阳市中原路109号，电话：(0393)4890065。中的主要指标在不同时期的测定结果变化较大。综合分析，采出水有以下特性∞3。第一，水中悬浮固体含量多，颗粒粒径小，含铁量较少。第二，细菌含量多。胜利采油厂污水含有丰富的有机物，污泥又是硫酸盐还原菌繁殖的场所。细菌的大量繁殖不仅腐蚀管道，还会造成地层的严重堵塞。第三，矿化度高。矿化度高的水电导率高，加速了电化学反应，加快了腐蚀速度(一般在10000～19000mg／L)。易腐蚀结垢、高矿化度增大了水的导电能力，加剧了水对管道的腐蚀，同时成垢离子含量高，增强了结垢趋势，与地层水混合后适应性较差，易发生结垢，腐蚀和结垢严重影响了碳钢的使用寿命。第四，胜利采油厂污水回注系统水温较高，一般在50℃左右，适宜硫酸盐还原菌(SRB)的繁殖。第五，在高矿化度的水中，溶解氧含量较高，腐蚀概率高。2005年胜利采油厂油田污水的特性和污水水质检测结果见表1。 万方数据第28卷第6期林伟民等：油田污水回注管道腐蚀速率灰色理论预测表l胜利油田各污水站水质检测结果在特定的回注污水情况下，由于温度和pH值的环境是稳定的，因此，污水对管道的腐蚀影响因素主要有SRB、溶解氧和离子矿化度，发生腐蚀的作用机理如下。1、细菌含量胜利油田污水回注管道存在着大量SRB，SRB是一种具有独特生理特性的原核生物，它具有在呼吸中将SO。2一作为最终电子受体的能力，其代谢最显著的特点就是生成H。S。根据电化学腐蚀原理，SRB诱导碳钢腐蚀化学反应式。’为：4Fe+S042-+4H20—FeSIr+Fe(OH)2、}+2OH一2、溶解氧溶解氧加速腐蚀有两种主要机理“3，溶解氧在水中有双重作用，溶解氧含量较高时，可使金属表面形成氧化膜而减弱腐蚀；含量较低时，很难形成保护性氧化膜，溶解氧将促使金属腐蚀。研究表明，碳钢在中性水中产生的溶解氧腐蚀反应为：2Fe+2HzO+02---,-2Fe(OH)2、}3、离子矿化度污水中的CI一引起碳钢腐蚀的作用并与CO：、溶解氧等有相互制约的关系，常温下Cl一的加入使得C0。在溶液中的溶解度下降，导致碳钢的腐蚀速率降低。若介质中含有H：S，结果会截然相反；HC03一的存在会抑制FeCO。的溶解，促进钝化膜的形成，从而降低碳钢的腐蚀速率；Ca2+、M92+离子的存在，增大了溶液的硬度，使离子强度增大，导致CO。溶解在水中的亨利常数增大，根据亨利定律，当其他条件相同时，溶液中的COz含量将减少，全面腐蚀的程度减弱，但会增强局部腐蚀∞’61。三、灰色关联分析回注管道的腐蚀程度受pH值、矿化度、含铁量、HCO。一、Ca2+、M92+、C1一、溶解氧、细菌等多种因素的影响。每种因素对腐蚀速率都呈现出一定的规律性，但多种腐蚀因素共存，相互影响，相互制约，构成了一个异常复杂的腐蚀体系。邓聚龙教授盯3提出的灰色理论方法，可对有限的、表面无规律的数据进行处理，从而找到系统本身所具有的特征。应用灰色关联分析可以确定出影响胜利采油厂污水站腐蚀速率的主要因素。灰色关联分析是灰色系统理论提出的一种新的系统分析方法，即定量的比较或描述系统之间或系统中各因素之间，按机理、发展变化态势作特征分析，根据关联度的比较确定出各因素的影响程度∞’。1、选取平均腐蚀速率作为母因素{蜀}{X。(忌)，k=1，2，⋯，7)选取Na++K+、M92+、Ca2+、HC03一、Cl一、总矿化度、含铁量、SRB、溶解氧9个影响行为特征的有效因素作为子因素{i一1，2⋯．，9)，见表2，所得数据列集合为{X姒)，i一1，2⋯．，9，k=1，2，⋯，7)，k为每个子因素所取的分析数据点个数，数据序列值见表3。表2子因素序列表子因素行为特征子因素行为特征XlO．7的影响因素为主要影响因素，即总选取一组原始数列：矿化度、C1一、SRB、溶解氧、Ca2+、Na++K+、z(o)一{z(∞(1)，z(o’(2)，．．．，z(o’(，z)}HC03-为主要影响因素，其中总矿化度、CI一含量影用AGO生成一阶累加生成数列：响腐蚀最严重。。．。。。。⋯⋯+。z(1)一{z㈣(1)，z㈣(2)，⋯，z㈤(咒))表4灰色关联分析结果、。～一。‘’’’’影响因素关联度篓囊影响因素关联度篓囊总矿化度0．85041Na++K+0．73296Cl一．0．8082HC03—0．70007SRB0．79173含铁量0．64998溶解氧0．76524M92+0．61689Ca”0．75295通过对现场监测数据的灰色关联分析，可以预测影响胜利采油厂集输管道污水腐蚀的主要影响因素，从而为室内试验方案的确定和试验范围与试验条件的选择提供依据。四、灰色动态模型的建立腐蚀速率随时间的变化为等时距，相邻且非跳由一阶灰色模块z⋯构成的微分万程：掣+缸(1)：6(4)1F十缸⋯2D‘4)可得到：烈归[川。)一詈]eXp(-at)+b口(5)写成离散型，得到：z㈣(忌+1)=[z㈤(1)一詈]exp(一础)+詈(6)其中。设定各参数为：k1‘0’(2)y—po)(3，l；b，(。’(，z)B=[：] 万方数据第28卷第6期林伟民等：油田污水回注管道腐蚀速率灰色理论预测X==一缸z-㈣(1)+z-㈤(2)]一11EXl(1)(2)-t-z1㈣(3)]；一虿1Lrzl(1)(n一1)+zl㈣(恕)]B=(XTX)一1(Xry，一[口]选取腐蚀速率随时间变化的数据序列作为原始数据序列x(o)，借助于累减生成(IAGo)，可得到随时间预测的模型为：主‘”(惫+1)=3．4554exp(O．03726足)一3．37(7)3、模型的精度检验将腐蚀速率预测数据还原，利用残差值检验方法检验其精度，原始数据与预测数据见表5。裹5腐蚀速率预测值与实际值比较及精度检验数据从表5可以看出，2001～2007年胜利采油厂各污水站实测值与模型计算预测值的比较，除了一次预测结果误差为16．5％外，其余误差范围均在lO％以内，所以建立的模型可以满足预测的要求。五、结论(1)分析了胜利采油厂采油污水的水质成分，确定了各种影响回注管道腐蚀的因素有矿化度高，细菌含量高，水温高，pH值等。(2)综合分析各污水站2001～2005年腐蚀数据，运用灰色关联分析确定各腐蚀因素的影响程度。定性地确定出胜利采油厂污水站管道腐蚀的主要因素为总矿化度、Cl一含量、SRB含量以及溶解氧。(3)根据胜利采油厂集输系统腐蚀多因素、不确定性的特点，运用灰色理论建立腐蚀速率随时间变化的动态腐蚀模型。预测结果与现场数据基本吻合，模型正确。参考文献1，胡鹏飞：国内外油气管道腐蚀及防护技术研究现状及发展，河南科技大学学报，2003，24(2)。2，李桂杰：管道剩余使用寿命的预测和评估，国外油田工程，2001，5(8)。3，李章亚：油气田腐蚀与防护技术手册，石油工业出版社(北京)，1996。4，吕群：金属腐蚀机理与腐蚀形态。九江师专学报。1997，15(3)。5，张学元王风平等：二氧化碳腐蚀防护对策研究，腐蚀与防护，1997，18(13)。6，姚晓冯玉军：国内外气田开发中管内C02腐蚀研究进展，油气储运，1996，15(2)。7，邓聚龙：灰色系统理论教程，华中理工大学出版社(武汉)，1990。8，王顺兴刘平等：腐蚀磨损数学模型，理化检验一物理分册，1996，3(2)。(收稿日期：2008-06-13)