[发明专利]用于使用机械模型来预测腐蚀速率的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2009年1月19日提交的临时申请No.61/145,645的优先权，该临时申请通过引用结合于此。

技术领域

本发明属于运送液体的管道的评估和维护的领域。本发明的一个方面更具体地涉及估计例如在石油、天然气和碳氢化合物的生产和加工中应用的在管线和井下油管中的腐蚀速率。

背景技术

维护管线系统的完整性是在维护经济成功并且最小化现代石油和天然气生产现场和系统的环境风险、负债和影响中的基本功能。当然，诸如穿越阿拉斯加管线系统的大型管线系统的完整性还具有相当大的经济和环境意义。在井下环境中，石油和天然气井的金属生产壳体的完整性很重要，特别是考虑到严酷的和相对难以接近的井下环境。在包括工厂管道系统和市政供水和污水管系统等其他应用中，管道完整性也很重要。如在管线维护领域中公知的，通过流过管线的流体的存在和作用导致的管线材料的腐蚀和侵蚀将随着时间而减小管线壁的厚度。为了防止腐蚀导致的管道故障，当然重要的是，监控管道壁厚度已经被减小的程度，使得可以进行及时的维修或更换。

在油气管线和井下壳体中的常用的腐蚀试剂是二氧化碳(CO₂)。干的CO₂通常在典型的油气管线工作的温度下不腐蚀，但是在水中溶解的CO₂是很具腐蚀性的。在溶液中，水相CO₂的溶解产生碳酸，而碳酸与管线的钢内表面反应从而腐蚀管线。不幸的是，在油气管线中和在井管中通常水也以一种或多种形式存在，例如是由气相的凝结、与油气一起从储罐产生的水或已经被注入到储罐内以保持储罐的压力的水。进入这种可获得的水中的CO₂的水溶液因此产生碳酸，碳酸是在现代油气管线中的主要腐蚀剂之一。

管道完整性的正确监控和维护依赖于对管线材料腐蚀速率的一些认识。用于预测管道材料的腐蚀速率的能力可以用在管线系统的构造和操作的各个阶段，从而以最佳的成本来保证管线完整性。腐蚀速率预测在管道设计中例如通过下述方式来开始起作用：举出几个例子，提示管线的材料选择，确定管道几何形状(壁厚等)，确定是否实现腐蚀抑制程序，并且如果是，则选择腐蚀抑制剂，确定是否包括腐蚀监控系统，并且也设计要部署的检查策略。本领域中公知，不断和严格地检查管壁厚度损失，即使事实上是可能的，但也是不实际的。在管线环境中，利用下述行为可以使用腐蚀速率预测：通过放射(RT)和超声波测试(UT)来确定被采样管线检查的频率(时间和空间)，或者确定执行“线内检查”(ILI)的时间频率。在构造后和在运行期间，可以例如通过对腐蚀建模，在对管线系统的腐蚀危害的风险评估中使用腐蚀速率的精确预测。基于腐蚀速率预测的这种建模也可以用于确定和量化随着时间在腐蚀风险上的改变，并且用作在管线系统内的位置的函数。

水相CO₂腐蚀速率预测的一种简单的传统手段仅依赖于“经验法则”。已知水相CO₂腐蚀的密度依赖于气相CO₂的平衡分压。用于CO₂腐蚀速率的传统的经验法则基于这个分压：如果CO₂分压超过2巴，则指示“严重的”腐蚀；如果CO₂分压在0.5和2巴之间，则可能出现腐蚀；如果CO₂分压在0.5巴之下，则指示非腐蚀情况。