油气两相流管线内腐蚀速率预测模型的求解

石油天然气学报江汉石油学院学报年月第卷第期20092311Journal ofOil andGas TechnologyJ.JPI•364•Feb.2009Vol.31No.l油气两相流管线内腐蚀速率预测模型的求解韩颖（长江大学地球科学学院，湖北荆州）434023［滴要］与单相输送管道相比，油气混输管道的内壁腐蚀要严重得多其内壁腐蚀会影响输送效率、设备其全和管道的可靠性在大量文献调研的基础上，根据集输管道的内腐蚀工况，研究了油气两相流管道内腐蚀的腐蚀机理及影响腐蚀速率的因素，求解了油气两相流腐蚀速率预测模型通过算例分析表明，混输管道的内腐蚀与流型有关，在段塞流流型下所对应的油气两相流管道腐蚀最为严重［关键词］油气两相流；内腐蚀；腐蚀速率预测模型；流型判断；段塞流腐蚀中图分类号］［文献标识码］［文章编号］（）TE

980.43A1000-9752200901-0364-03油气两相流管线中含有、、盐（氯化物）、砂子和蜡等介质，且油气两相流的流动受多种因素的影响co MS因而，油气两相流管道内壁材料的损失十分复杂，是一种腐蚀和冲蚀联合交互作用的过程因为与流动过程有关，故被称为流动腐蚀而油气两相流管道内腐蚀速率预测模型的建立正是基于对油气两相管线中的各复杂流型的研究而得到的1油气两相流腐蚀速率预测模型年月，美国路易斯安娜大学的腐19995Lafayette一现场数据流动试验数据*•—Jepson蚀研究中心通过年的实验研究，结合油气两相流的特380点，提出了油气两相流内腐蚀速率的预测模型口

1.1层状流腐蚀速率的计算从前面的流型划分中可以清楚的看到，在层状流中，液相在下，气相在上层状流的腐蚀计算公式是由现场数据与满管流动试验得到的数据相对比而Jepson得，图表示这些数据的对比关系1对于液相真实流速小于（）的情况，

1.5ft/s

0.45m/s流速/Asi腐蚀速率的计算公式为图现场数据与满管流动试验数据的对比（）（）1JepsonCR=-

3.979x V3+

3.36x VL+

17.58xVL+7对于液相真实流速大于（）的情况，腐蚀速率的计算公式为

1.5ft/s

0.45m/s（）CR=

5.77xVL+192式中，为腐蚀速率，为液相流速，CR mm/a;VL ft/So式

（1）和式

（2）为从图1曲线中得到的经验公式这些经验公式同样可以应用于满管流动的情况从上式

（1）、

（2）中可以看到，层状流腐蚀速率预测模型中的关键参数为表示层状流中的液相流速，而液相流速与层状流的持液V,率有关，求得了层状流的持液率HL,那么式

（1）、

（2）中的关键参数VL的值也就知［收稿日期］2009-01-03［作者简介］韩颖

（1979）女，2003年大学毕业，硕士生，现主要从事石油天然气工程方面的研究工作www.xuetut第31卷第1期韩颖油气两相流管线内腐蚀速率预测模型的求解・365•道了，代回式中，便可求得层状流型下的腐蚀速率23]间歇流腐蚀速率的计算

1.2间歇流通常分为塞状流或弹状流间歇流动的特点是气相与液相交替出现在间歇单元中存在有液膜区、液塞区和长气泡区当液塞区或长气泡区流速与层状流流速相等时，用于计算层状流的腐蚀计算公式也可以应用于当液塞区或长气泡区的腐蚀速率计算中式⑴适用于当液塞中的液相速度小于时的情况，式适用于当液Vus

1.5ft/s

0.45m/s2塞中的液相速度大于时的情况针对不同情况选择不同的腐蚀速率计算公式，可以得到间歇Vus

1.5ft/s

0.45m/s流液塞区的腐蚀速率CRs对于液膜区的腐蚀速率计算，当液膜区的液相流速小于时，将式中的替换为液膜速度L5ft/s

0.45m/s1V1从而计算出液膜区的腐蚀速率当液相流速大于时，将式中的替换为液膜速度VLTs,CRF

1.5ft/s

0.45m/s2VL从而计算出液膜区的腐蚀速率VLTB,CRF最终段塞流管道中的腐蚀速率由塞体部分和液膜部分的腐蚀速率相加得到计算公式为-―见+卜乂皿CR3Lu Lu式中，为段塞单元中塞体的长度，为段塞单元中液膜的长度，为段塞单元的长度，为液膜区的Ls ft;Lp ft;Lu ft;CRF腐蚀速率，为液塞区的腐蚀速率，mm/a;CRs mm/a从式⑶可以看出，式中的关键参数有、、、、由于和与液膜区和液塞区的液相速Ls LFLu CRF CRs CRpCRs度有关，而液相速度与持液率有关系因此，应先计算段塞体内的持液率和液膜区的持液率，从而计算液膜和液塞区的液相速度，进行判断之后，代入相应的腐蚀速率计算公式进行计算，从而求得和的值由于段塞单CRFCRs元的长度与段塞频率有关，而段塞单元中塞体和液膜的长度是各自的持液率与段塞单元长度的函数因此，首先求得段塞频率，得到然后由塞体和液膜各自的持液率与段塞单元长度的关系解得和从而得到式⑶中所有关Lu,Ls Lp,键参数的值，代回式中，便可求得间歇流型下的腐蚀速率13环状流的腐蚀速率计算

1.3在管线中环状流的腐蚀速率计算公式是由凝析气井的失效时间作为在管线中环状流的存在条件之一而发展得到的失效时间可以由下式计算出来，一⑷1=

54.

915.7环状流的腐蚀速率计算公式为5CR=6式中，为失效时间，月；为管线的壁厚，为液膜流速，为液膜厚度，为失效时间，年tmonhs rin;UL in/s;6in;tyns从式中可以看到，环状流腐蚀速率预测模型中的关键参数为和分别表示环状流中的液相流速和液膜4Ui8,厚度，而液相流速与液膜厚度均与环状流的持液率有关，求得了环状流的持液率那么式中的关键参数和H],4UL的值也就知道了，代回式中，便可求得环状流型下的腐蚀速率84腐蚀速率预测模型的求解

1.4Lafayette由前面小节可以知道，腐蚀速率的计算与流型划分及相关的流体参数有极大的关系所以要求解该模型，首先需要对管道中的流型进行判断油气两相流流型与很多因素有关，如流体粘度、介质组成及含量、持液率、管道倾角等因此，根据各因素之间的关系，腐蚀速率预测模型的求解步骤为首先输入初始参数包括操作Lafayette条件、温度计算参数和基础物性参数项；计算出流体的密度、焦汤系数、压缩系数、定压比热等物性参数；进行3持液率计算；流型判别；判断出流型后再由流型模型计算压降和温降计算从而得出管线的温度和压力剖面；根据流型判断结果和持液率、各相流量，计算出各流型的关键参数，如层状流的液相速度、段塞流的段塞频率、塞体速度和液膜速度、段赛长度、环状流・366•石油天然气学报江汉石油学院学报2009年2月的液膜厚度等参数；将计算得到的参数值带入相应的腐蚀速率计算模型，计算出管道中的腐蚀速率，从而得到管道的腐蚀速率剖面图由此，计算出了各流型的关键参数后，代人腐蚀速率预测模型，油气两相流管内的腐蚀速率便可以Lafayette计算出来了算例分析2某油气集输油气两相流管道，该管道由一条管长管径的管线和一条长管径为的160km,

0.66m115km,

0.9144m支线组成，它将来自油田集输站和泵站的油气混合物输送到一个低温加工厂管道每天的输量达到

2.832X104m3,起始温度为

316.48K,起始压力为

8.827MPa,末站压力为

5.448MPa,管线中的H2S分压为

0.248X10-3MPao由腐蚀速率预测模型和冲蚀速率预测模型，可以计算两条管道中不同位置的压力、温度、流型、腐Lafayette蚀速率和冲蚀临界流速从计算结果可以看出管道在段塞流型下的腐蚀速率明显高于其他流型下流体的腐蚀速率这是因为开始时由几条管线从不同的地方将流体运至管线中的一处混合，开始管内的流型为层状流，但由于流体的突然混合，会在气液交界处形成波浪，并逐步发展堵塞整个管断面，破坏层流状态形成段塞流；不同流向的流体在混和时会形成气液混合区，流速和压力的突然变化使得混合区的液流对管壁产生强烈的冲刷和加剧了对壁面的剪切作用，使腐蚀速率增大当两条管道中的流体混合输送至低温加工厂时，管道中的流体紊流度再次增加，形成段塞流混合流体流动对管壁的冲刷和剪切再加上气泡对管壁的碰撞作用使缓蚀剂膜和腐蚀沉积物剥落，使腐蚀和冲蚀程度加大结语3通过对油气两相流管道内腐蚀的研究，在综合分析油气两相流管道流动腐蚀的多种腐蚀类型和影响因素的基础上，确定了油气两相流管道内腐蚀速率预测模型模型的求解方法通过分析模型中各参数间的关系，Lafayette进行流型划分，并将各流型对应的关键参数进行计算，然后输入到腐蚀速率计算模型中，从而得到油气两相流管道的内腐蚀速率的预测值通过算例分析得到，当油气两相流管道中的流体流型为段塞流时，管路中的内腐蚀最为严重［参考文献］［］刘定智.多相混输技术的研究与应用［］南充西南石油学院，1D.

2003.］［］l2Garber JD,Farshad FF,Reinhardt JR,et al.A comprehensivemodel forprediction Internalcorrosion rateinflowlines J.SPE87566,20M.⑶赵智勇，王树立，彭杰.气液两相段寒流中双流体模型的分析团.管道技术与设备，2001,161:3^

7.［编辑］苏开科。