一种缓蚀剂成膜特性评价方法及加注管理策略确定方法技术

本发明专利技术公开了一种缓蚀剂成膜特性评价方法及加注管理策略确定方法，所述成膜特性评价方法包括以下步骤：进行实验分析，获取适用缓蚀剂；对所述适用缓蚀剂进行全管路多相流流型分析，获取其在多相条件下管路中的流型变化情况、气液两相的流速变化情况、流速范围；对所述适用缓蚀剂进行三维流场分析，获得其在整个管路中的浓度分布情况、临界运行工况、临界工况下缓蚀剂液膜的体积分数以及缓蚀剂的损耗量。所述加注管理策略确定方法基于所述成膜特性评价的结果，结合质量守恒原理进行确定。本发明专利技术采用实验与模拟相结合的方式，并基于三维流动特征对缓蚀剂的成膜特性展开研究，能够降低与实际生产状况的差异，确保所得结论的现场适用性。用性。用性。

【技术实现步骤摘要】
一种缓蚀剂成膜特性评价方法及加注管理策略确定方法


[0001]本专利技术涉及天然气管道安全风险评价
，特别涉及一种缓蚀剂成膜特性评价方法及加注管理策略确定方法。

技术介绍

[0002]天然气在运输过程中会携带H2S，CO2与SO2等酸性气体，而部分气井随着开采年限的增加，其产水量会发生激增。当天然气携带液体能力低于产水量时，管道中的水会与酸性气体结合形成酸液，加剧管内电化学腐蚀，造成复杂的内腐蚀环境，从而引起管线腐蚀穿孔和失效等后果，严重影响管道运行安全。由于缓蚀剂具有用量少、使用方便、效果显著等优点，故在各大油田常作为管道的防腐手段之一。
[0003]当前对于缓蚀剂的研究多集中于测定静态时缓蚀剂的缓蚀效率，其与管道的实际运行情况存在一定的差异。目前对于缓蚀剂的成膜特性研究较少，缺乏一套系统的缓蚀剂成膜特性评价方法，因此提出一种气液两相流集输管道缓蚀剂成膜特性评价方法十分必要。另外，加注量或加注周期不合理会使缓蚀剂不能及时补充，从而导致缓蚀剂无法对管道进行有效保护，因此也亟需一套合理的缓蚀剂加注管理策略确定方法，使缓蚀剂能够对管道进行有效保护。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术旨在提供一种缓蚀剂成膜特性评价方法及加注管理策略确定方法。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一方面，提供一种缓蚀剂成膜特性评价方法，包括以下步骤：
[0007]对目标缓蚀剂进行实验分析，获取适合目标工况条件下的适用缓蚀剂；
[0008]对所述适用缓蚀剂进行全管路多相流流型分析，获取所述适用缓蚀剂在多相条件下管路中的流型变化情况、气液两相的流速变化情况、以及流速范围；
[0009]以所述全管路多相流流型分析的结果为基础数据进行缓蚀剂的三维流场分析，获得所述适用缓蚀剂在整个管路中的浓度分布情况、临界运行工况、临界工况下缓蚀剂液膜的体积分数、以及缓蚀剂的损耗量。
[0010]作为优选，所述实验分析包括缓蚀剂溶解分散性测试、液相成膜电化学实验、气相成膜电化学实验、以及气相成膜表观实验。
[0011]作为优选，所述全管路多相流流型分析具体包括以下子步骤：
[0012]基于现场天然气管道的管路纵断面图建立天然气管道模型；
[0013]基于现场天然气管道的流体物性与运行参数设置流体包与用于求解管路多相流的边界条件；
[0014]对所述天然气管道模型进行节点划分，并将节点划分后的天然气管道模型导入多相流计算模型中，分析在多相条件下管路中缓蚀剂的流型变化情况；
[0015]基于所述流型变化情况研究缓蚀剂在流动过程中的流速变化，并确定流速范围。
[0016]作为优选，所述三维流场分析具体包括以下子步骤：
[0017]基于现场天然气管道的管路纵断面图和管道规格参数建立集输管道有限元模型，并对所述集输管道有限元模型进行网格划分；
[0018]基于管道的流体物性与运行参数，设置流体材料的物理性质和边界条件；
[0019]将网格划分后的集输管道有限元模型导入流体动力学计算模型中进行迭代求解，得到全管线缓蚀剂浓度三维流场分布；
[0020]基于所述全管线缓蚀剂浓度三维流场分布，研究分析缓蚀剂在整个管路中的浓度分布情况，并确定管道防腐的薄弱环节；
[0021]基于所述全管路多相流流型分析确定的流速范围，分析流速变化对缓蚀剂浓度分布的影响，并根据缓蚀剂液膜完整程度的变化情况确定临界运行工况，获得临界工况下缓蚀剂液膜的体积分数；
[0022]基于所述全管路多相流流型分析确定的气液两相流速，分析缓蚀剂在管道中的损耗情况，确定缓蚀剂的损耗量。
[0023]作为优选，所述缓蚀剂的损耗量包括缓蚀剂在气相中的损耗量和缓蚀剂在液相中的损耗量；所述缓蚀剂的损耗量通过下式进行计算：
[0024]Q
m1
＝ρA1V1ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0025]Q
m2
＝C
g
A2V
g
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0026][0027]A2＝A
‑
A1ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0028]式中：Q
m1
为缓蚀剂在液相中的损耗量，kg/s；ρ为缓蚀剂的密度，kg/m3；A1为管道出口缓蚀剂液膜的横截面积，m2；V1为管道出口截面缓蚀剂液膜的平均流速，m/s；Q
m2
为缓蚀剂在气相中的损耗量，kg/s；C
g
为缓蚀剂在气体中的浓度，kg/m3；A2为管中天然气的流通面积，m2；V
g
为气体流速，m/s；D
t
为紊流扩散系数，m2/s；x为缓蚀剂运动的轴向距离，m；r为径向坐标，m；R0为管道中心到液膜的径向距离，m；I0(X)为第一类零阶贝塞尔函数；A为管道出口的横截面积，m2。
[0029]作为优选，管道出口截面缓蚀剂液膜的平均流速通过粘性底层的速度分布求平均获得；所述粘性底层的厚度通过下式进行计算：
[0030][0031]式中：y
+
为测量点到壁面处的无量纲距离；y为测量点到壁面的距离，m；当y
+
值等于5时，y即为粘性底层的厚度；υ为缓蚀剂的运动粘度，m2/s；τ
w
为壁面切应力，Pa。
[0032]作为优选，管道出口截面缓蚀剂液膜的平均流速通过以下子步骤获得：根据现场运行参数进行气液两相流管道缓蚀剂液膜的三维流场分析，并基于粘性底层的厚度提取迭代运算结果中粘性底层的速度分布，通过所述粘性底层的速度分布确定粘性底层中流体速
度的最大值与最小值，随后进行平均值求解即可获得所述管道出口截面缓蚀剂液膜的平均流速。
[0033]另一方面，还提供一种缓蚀剂加注管理策略确定方法，所述缓蚀剂加注管理策略包括缓蚀剂的加注量、加注方式和加注周期，所述确定方法包括以下步骤：
[0034]S1：采用上述任意一项所述的缓蚀剂成膜特性评价方法获取目标工况条件下的适用缓蚀剂、所述适用缓蚀剂在临界工况下缓蚀剂液膜的体积分数以及所述适用缓蚀剂的损耗量；
[0035]S2：根据所述临界工况下缓蚀剂液膜的体积分数确定缓蚀剂液膜的临界损失值；
[0036]S3：根据所述临界损失值，计算缓蚀剂液膜达到临界损失的时间；
[0037]S4：根据所述缓蚀剂液膜达到临界损失的时间以及缓蚀剂的损耗量，利用质量守恒原理确定缓蚀剂的加注量、加注方式和加注周期。
[0038]作为优选，步骤S3中，缓蚀剂液膜达到临界损失的时间通过下式进行计算：
[0039][0040]式中：T为缓蚀剂液膜达到临界损失的时间，h；m为全管路缓蚀剂液膜的质量，kg；Q
m1
为缓蚀剂在液相中的损耗量，kg/s；Q
m2
为缓蚀剂在气相中的损耗量，kg/s；k为缓蚀剂液膜的临界损失值。
[0041]本专利技术的有益效果是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缓蚀剂成膜特性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：对目标缓蚀剂进行实验分析，获取适合目标工况条件下的适用缓蚀剂；对所述适用缓蚀剂进行全管路多相流流型分析，获取所述适用缓蚀剂在多相条件下管路中的流型变化情况、气液两相的流速变化情况、以及流速范围；以所述全管路多相流流型分析的结果为基础数据进行缓蚀剂的三维流场分析，获得所述适用缓蚀剂在整个管路中的浓度分布情况、临界运行工况、临界工况下缓蚀剂液膜的体积分数、以及缓蚀剂的损耗量。2.根据权利要求1所述的缓蚀剂成膜特性评价方法，其特征在于，所述实验分析包括缓蚀剂溶解分散性测试、液相成膜电化学实验、气相成膜电化学实验、以及气相成膜表观实验。3.根据权利要求1所述的缓蚀剂成膜特性评价方法，其特征在于，所述全管路多相流流型分析具体包括以下子步骤：基于现场天然气管道的管路纵断面图建立天然气管道模型；基于现场天然气管道的流体物性与运行参数设置流体包与用于求解管路多相流的边界条件；对所述天然气管道模型进行节点划分，并将节点划分后的天然气管道模型导入多相流计算模型中，分析在多相条件下管路中缓蚀剂的流型变化情况；基于所述流型变化情况研究缓蚀剂在流动过程中的流速变化，并确定流速范围。4.根据权利要求1所述的缓蚀剂成膜特性评价方法，其特征在于，所述三维流场分析具体包括以下子步骤：基于现场天然气管道的管路纵断面图和管道规格参数建立集输管道有限元模型，并对所述集输管道有限元模型进行网格划分；基于管道的流体物性与运行参数，设置流体材料的物理性质和边界条件；将网格划分后的集输管道有限元模型导入流体动力学计算模型中进行迭代求解，得到全管线缓蚀剂浓度三维流场分布；基于所述全管线缓蚀剂浓度三维流场分布，研究分析缓蚀剂在整个管路中的浓度分布情况，并确定管道防腐的薄弱环节；基于所述全管路多相流流型分析确定的流速范围，分析流速变化对缓蚀剂浓度分布的影响，并根据缓蚀剂液膜完整程度的变化情况确定临界运行工况，获得临界工况下缓蚀剂液膜的体积分数；基于所述全管路多相流流型分析确定的气液两相流速，分析缓蚀剂在管道中的损耗情况，确定缓蚀剂的损耗量。5.根据权利要求4所述的缓蚀剂成膜特性评价方法，其特征在于，所述缓蚀剂的损耗量包括缓蚀剂在气相中的损耗量和缓蚀剂在液相中的损耗量；所述缓蚀剂的损耗量通过下式进行计算：Q
m1
＝ρA1V1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)Q
m2
＝C
g
A2V
g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
A2＝A
‑
A1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中：Q
m1
为缓蚀剂在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恩斌，寇博，唐浩，彭善碧，张红兵，李党建，温櫂荣，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：