pipesim冲蚀和腐蚀.pdf

冲蚀早已被公认是油气生产系统 问题的一个潜在来源 冲蚀可能发生在无固体流体中， 但它经常是由夹带的固体颗粒 （如砂）引起的 可能由于固体颗粒、液滴或气蚀 导致机械力的反复作用而从固体 表面去处材料，即为冲蚀 在高气液比和高产量气井中较为 显著 更多地取决于含砂量和颗粒尺寸 1 冲蚀计算冲蚀计算 PIPESIM中共有两种可用的冲蚀预测模型 – API RP 14E – Salama 三个概念：冲蚀速率（Erosion Velocity），冲蚀率（Erosion Rate），冲蚀速率比（Erosion Velocity Ratio） 计算冲蚀速度和冲蚀速率（EVR） EVR = Actual Velocity API 14E or Slama Erosional Velocity Limit EVR 1 Erosion concerns 2 冲蚀计算冲蚀计算 冲蚀计算冲蚀计算——API 14E模型模型 API 14E模型来源于美国石油协会标准（API RP 14E），它是个无固体模 型，并仅会计算冲蚀速度（不会计算冲蚀率）在实际应用中可预测产 生明显冲蚀的峰值速度，但它假定流动类型和多相流中各组分恒定，不 考虑颗粒大小、硬度、雷诺数和其他变量的影响。

若流体中存在固体物质（如砂等），也可对管线材料产生冲蚀，此时就 没有产生冲蚀的最小速度 API标准中的冲蚀峰值速度可由下式计算得到： 其中 ve= 冲蚀速度，ft/s C = 经验常数 r= 流动压力和温度下的气液混合物密度，lbs/ft3 5 . 0 r C ve 冲蚀计算冲蚀计算——API 14E模型模型 《API RP 14E》标准基于行业经验表明对经验常数C值进行了以下推荐： –对于无固体流动，连续工作的C = 100，间歇工作的C = 125，且该C 值相对保守 –对于无固体流动，若没预料到腐蚀或腐蚀已被控制（使用腐蚀抑制 剂或耐蚀合金），连续工作的C = 150~200；间歇工作的C = 250也 已成功使用过 –若已预料到会产出固体，流体流速应被显著降低特定应用研究已 表明可以使用不同的C值也是适当的 API 14E冲蚀模型的方程形式非常简单，现已被广泛使用然而，一些研 究表明C值对于携砂的直管道而言非常保守更具有代表性C值通常是 从气田历史数据中选择出的，而不是依赖于标准中给出的推荐值 冲蚀计算冲蚀计算——API 14E模型模型 C值的选取可参考最近的一篇会议文献，Choosing better API RP 14E C factors for practical Oilfield implementation, (Paper # 11248; NACE International – Corrosion 2011 Conference & Expo) 冲蚀计算冲蚀计算——Salama模型模型 Salama在2000年发表的《携砂流体API 14E冲蚀速度极限值的替代计算方 法》中提出了Salama模型，该模型考虑到颗粒尺寸和混合液的冲击作 用，可用于计算携砂多相流的冲蚀率和冲蚀速度。

其中 ER = 冲蚀率，mm/a； ERa= 最大允许冲蚀率，mm/a W = 砂流量，kg/d； vmix= 混合物流速，m/s d = 砂砾尺寸，μm； Di= 管道内径，mm rm= 混合物密度，kg/m3； Sm= 几何结构常数 Ce= 乘数        mim mix e DS dvW CER r** *)(* 2 2 m e V r 400  dW DERS V mam e * *** 2 r  冲蚀计算冲蚀计算——Salama模型模型 模型中所需的参数如下： –最大允许冲蚀率最大允许冲蚀率：被认为是“可接受的”冲蚀率，用来计算冲蚀速度 在PIPESIM辅助输出页中，冲蚀速度表现为流体平均流速的比值默 认值为0.1mm/a –出出砂速率砂速率：衡量出砂量的速率，是液体流量的比值单位为PPM （体积）如果砂流量为0，则冲蚀率不会被计算 –砂砾尺寸砂砾尺寸：砂砾的平均尺寸默认值为0.25mm –几何结几何结构常数构常数：基于常数Sm的几何结构常数默认值为5.5（针对弯 头） –效率效率：用于匹配现场数据的乘数默认值为1 腐蚀计腐蚀计算算——de Waard模型模型 腐蚀通常被认为是由材料与环境介质发生化学反应而导致的变质， 且腐蚀作用会由于自由水中存在的H2S和CO2而得以加强。

腐蚀通常 分为两种类型：酸腐蚀和甜腐蚀 −酸腐蚀存在于H2S分压低于0.05 psi的环境中 −甜腐蚀存在于含有CO2而不含H2S的环境中 PIPESIM中使用de Waard (1995) CO2经验腐蚀模型来确定含有自由水的 流体中CO2的存在对碳钢腐蚀的影响（腐蚀率）其中CO2和水的浓 度从流体属性定义（黑油流体、组分流体、ScaleChem生成的PVT文 件）中得到若流体组成中不存在CO2且没有自由水存在时，腐蚀率 为0 腐蚀计腐蚀计算算——de Waard模型模型  模型中所需的参数如下： –效率效率：模型中使用乘数Cc来对缓蚀效率进行校正，或用以匹配现场 数据 –实际实际pH值值：如果提供的话，将使用该值来代替计算值  腐蚀性参数的一般规律： –腐蚀率随着流体流速的增加而增加； –通过脱水或分离以降低自由水含量可减轻腐蚀； –随着温度升高，FeCO3的溶解度增加，腐蚀率降低 –随着CO2浓度增大，其分压增加，腐蚀率增加 –CO2分压=系统压力 X CO2的摩尔分数  当CO2分压值高于30 psia意味着腐蚀风险很高，而3-30 psia的 CO2分压值则意味着中等的腐蚀风险。