本發(fā)明屬于油田注水開發(fā)應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地，涉及一種油田污水腐蝕結(jié)垢特性的測(cè)試方法，該測(cè)試方法尤其適用于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)快速、有針對(duì)性的預(yù)測(cè)油田現(xiàn)場(chǎng)注水系統(tǒng)腐蝕和結(jié)垢情況，并可依此提出防治措施，可針對(duì)具體的現(xiàn)場(chǎng)油田污水(如注水油田所用注水)，是一種快速測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
：隨著油田的開采進(jìn)入中后期油壓下降，注水驅(qū)替提高采收率是大多數(shù)陸地油田的主要手段之一。在油田注水的過程中，外來水與油田內(nèi)地層巖石的接觸，會(huì)發(fā)生各種物理變化和化學(xué)變化，極大的造成了地層的損害。同時(shí)，在注水過程中，注水管線中的流體由于地層溫度和壓力的變化，有些情況下造成嚴(yán)重的管線腐蝕甚至穿孔，還有某些成分容易析出，在注水管線中形成垢層，堵塞注水管線，對(duì)油田開采作業(yè)產(chǎn)生十分不利的影響。國內(nèi)外已經(jīng)有眾多油田注水過程中已出現(xiàn)了不同程度的腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象，由于各地水質(zhì)和地層性質(zhì)的差異，很難有統(tǒng)一而有效的解決方法，因此，開發(fā)一套有針對(duì)性、能快速預(yù)測(cè)并提出有效解決方案的方法十分有實(shí)際意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種油田污水腐蝕結(jié)垢特性的測(cè)試方法，其中通過對(duì)關(guān)鍵的各測(cè)試步驟的設(shè)置方式以及具體的參數(shù)設(shè)置等進(jìn)行改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效解決油田污水腐蝕性、以及結(jié)垢性的評(píng)價(jià)測(cè)試問題，并且該測(cè)試方法可根據(jù)每個(gè)具體注水油田其不同的水質(zhì)和管線情況靈活調(diào)整，能很好的反應(yīng)每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)不同的情況，使得通過本方法在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試得出的測(cè)試結(jié)論與實(shí)際油田現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況匹配度高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種油田污水腐蝕結(jié)垢特性的測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)靜態(tài)電化學(xué)分析步驟：在不同溫度下，以現(xiàn)場(chǎng)油田污水為溶液采用3電極系統(tǒng)通過交流阻抗法分別測(cè)試管線材料在所述現(xiàn)場(chǎng)油田污水下的電化學(xué)阻抗圖譜，并根據(jù)不同溫度下得到的所述電化學(xué)阻抗圖譜得出所述管線材料的相位角臨界轉(zhuǎn)變溫度；所述管線材料為現(xiàn)場(chǎng)油田輸送油田污水的管線所采用的材料；(2)CFD軟件模擬步驟：以所述現(xiàn)場(chǎng)油田輸送油田污水的管線為參考，設(shè)計(jì)模擬管線；接著，運(yùn)用建模網(wǎng)格劃分軟件對(duì)該模擬管線進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模得到管線模型；然后，運(yùn)用CFD軟件模擬出在不同進(jìn)管口流速下該管線模型內(nèi)的流態(tài)信息，得出湍流強(qiáng)度以及壁面剪切應(yīng)力隨距進(jìn)管口距離的分布情況；并根據(jù)所述湍流強(qiáng)度以及所述壁面剪切應(yīng)力隨距進(jìn)管口距離的的分布情況確定實(shí)驗(yàn)測(cè)試片的安放位置；接著，根據(jù)在不同所述進(jìn)管口流速下所述湍流強(qiáng)度以及所述壁面剪切應(yīng)力隨距進(jìn)管口距離的分布情況得出壁面剪切應(yīng)力與進(jìn)管口流速、以及距進(jìn)管口距離三者的函數(shù)關(guān)系，湍流動(dòng)能與進(jìn)管口流速、以及距離進(jìn)管口距離三者的函數(shù)關(guān)系；(3)動(dòng)態(tài)管線模擬步驟：根據(jù)所述步驟(2)中的所述模擬管線、以及所述實(shí)驗(yàn)測(cè)試片的安放位置，設(shè)置動(dòng)態(tài)管線，該動(dòng)態(tài)管線用于安放實(shí)驗(yàn)測(cè)試片；接著，將所述實(shí)驗(yàn)測(cè)試片安放在所述動(dòng)態(tài)管線上，在不同溫度、以及不同進(jìn)管口流速下進(jìn)行水循環(huán)開始動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，并在不同的實(shí)驗(yàn)時(shí)長下測(cè)量不同安放位置處的所述測(cè)試片的垢層厚度，所述不同安放位置對(duì)應(yīng)不同的所述距進(jìn)管口距離；所述實(shí)驗(yàn)測(cè)試片與所述現(xiàn)場(chǎng)油田輸送油田污水的管線所采用的材料相同；所述水循環(huán)采用所述現(xiàn)場(chǎng)油田污水；所述動(dòng)態(tài)管線與所述步驟(2)中的所述模擬管線為等比例關(guān)系；(4)數(shù)據(jù)整合分析步驟：根據(jù)所述步驟(2)中得到的壁面剪切應(yīng)力與進(jìn)管口流速、以及距進(jìn)管口距離三者的函數(shù)關(guān)系，湍流動(dòng)能與進(jìn)管口流速、以及距離進(jìn)管口距離三者的函數(shù)關(guān)系，所述步驟(3)中得到的在不同溫度、不同進(jìn)管口流速、以及不同實(shí)驗(yàn)時(shí)長下的不同安放位置處的垢層厚度，得出垢層厚度與變量之間的關(guān)系，從而得出該油田污水的腐蝕結(jié)垢特性；所述變量為湍流動(dòng)能、壁面剪切應(yīng)力、溫度、進(jìn)管口流速、實(shí)驗(yàn)時(shí)長和距進(jìn)管口距離中的至少一個(gè)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)中，在測(cè)量得到所述垢層厚度后，還包括：將所述實(shí)驗(yàn)測(cè)試片干燥，測(cè)重后得到最終結(jié)垢量；接著再將所述實(shí)驗(yàn)測(cè)試片酸洗干燥，測(cè)重后得到最終腐蝕程度。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)中的所述水循環(huán)以是添加有添加劑的所述現(xiàn)場(chǎng)油田污水進(jìn)行的；所述添加劑為緩蝕劑、阻垢劑和殺菌劑中的至少一種。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中通過交流阻抗法測(cè)試管線材料的電化學(xué)阻抗圖譜的測(cè)試時(shí)間為至少7天；所述3電極系統(tǒng)是以所述管線材料作為工作電極，以甘汞電極作為參比電極，以鉑電極作為對(duì)電極。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)中進(jìn)行所述動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的溫度包括所述步驟(1)中得到的所述相位角臨界轉(zhuǎn)變溫度；優(yōu)選的，所述步驟(3)中進(jìn)行所述動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的溫度與所述步驟(1)中進(jìn)行靜態(tài)電化學(xué)分析所采用的溫度一一對(duì)應(yīng)，所述步驟(3)中進(jìn)行所述動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的進(jìn)管口流速與所述步驟(2)中運(yùn)用CFD軟件模擬所采用的進(jìn)管口流速一一對(duì)應(yīng)；優(yōu)選的，所述步驟(1)中進(jìn)行靜態(tài)電化學(xué)分析所采用的溫度為40℃～60℃，所述步驟(2)中運(yùn)用CFD軟件模擬所采用的進(jìn)管口流速為0.41m/s～1.54m/s；所述步驟(3)中進(jìn)行所述動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的溫度為40℃～60℃，所述步驟(3)中進(jìn)行所述動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的進(jìn)管口流速為0.41m/s～1.54m/s。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(2)中的所述建模網(wǎng)格劃分軟件為Gambit軟件；所述CFD軟件為Fluent軟件。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)中測(cè)量所述測(cè)試片的垢層厚度是將所述測(cè)試片在超景深顯微鏡觀察得出該測(cè)試片的垢層平均厚度。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(2)中得到的所述實(shí)驗(yàn)測(cè)試片的安放位置對(duì)應(yīng)所述湍流強(qiáng)度的極值位置、以及所述壁面剪切應(yīng)力的極值位置中的至少一種。通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于綜合了靜態(tài)電化學(xué)測(cè)試、CFD軟件模擬、動(dòng)態(tài)管線模擬、數(shù)據(jù)整合分析這四個(gè)相對(duì)獨(dú)立而又相互關(guān)聯(lián)的測(cè)試步驟作為油田污水腐蝕結(jié)垢特性的測(cè)試方法，能夠?qū)τ吞镂鬯g與結(jié)垢特性進(jìn)行快速的綜合測(cè)量評(píng)價(jià)，測(cè)量結(jié)論與實(shí)際情況匹配度高，對(duì)實(shí)際的油田注水生產(chǎn)具有大的指導(dǎo)作用。本發(fā)明中的動(dòng)態(tài)管線模擬步驟是依照現(xiàn)場(chǎng)注水管線按比例縮小制作動(dòng)態(tài)模擬管線模型，根據(jù)靜態(tài)電化學(xué)分析結(jié)果確定模擬實(shí)驗(yàn)最佳實(shí)驗(yàn)條件，根據(jù)CFD軟件模擬結(jié)果在流態(tài)信息變化較大的各個(gè)區(qū)域安裝測(cè)試片，應(yīng)用3D超景深顯微鏡觀察測(cè)試鋼片表面形貌，用3D統(tǒng)計(jì)分析法測(cè)定垢層厚度。該步驟可對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度、使用的流速進(jìn)行控制，可進(jìn)行在線垢層厚度測(cè)量(垢層厚度測(cè)量可借助3D超景深顯微鏡觀察，再利用統(tǒng)計(jì)分析法計(jì)算，垢樣的平均厚度＝體積/采樣面積)。利用該動(dòng)態(tài)管線模擬步驟，可得出管道不同位置處(即，管道上距離進(jìn)管口距離不同的位置處)電極表面垢層厚度分布。靜態(tài)電化學(xué)分析步驟是采用3電極系統(tǒng)，測(cè)試管線材料的電化學(xué)阻抗、極化曲線等，分析在靜態(tài)條件下油田現(xiàn)場(chǎng)污水中管線材料的腐蝕與結(jié)垢趨勢(shì)；根據(jù)電化學(xué)阻抗譜BODE圖，在高頻區(qū)(頻率高于100Hz的區(qū)間為高頻區(qū))出現(xiàn)相位角峰對(duì)應(yīng)于材料表面垢層膜厚和膜的致密性信息，在低頻區(qū)(頻率低于100Hz的區(qū)間為低頻區(qū)，即，以100Hz為分界點(diǎn)區(qū)分高頻區(qū)和低頻區(qū))出現(xiàn)相位角峰對(duì)應(yīng)于材料表面膜下腐蝕相關(guān)信息。CFD軟件模擬步驟，是根據(jù)實(shí)際油田現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用的管徑和流速特征，計(jì)算出管壁剪切應(yīng)力；是先通過GAMBIT軟件的建模和劃分網(wǎng)格及檢測(cè)后，再使用Fluent軟件進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)模擬，實(shí)驗(yàn)?zāi)M管線GAMBIT建模；統(tǒng)計(jì)管線不同位置截面的最大湍流能和不同位置壁面的最大剪切應(yīng)力。本發(fā)明中的油田污水腐蝕結(jié)垢特性的測(cè)試方法，能夠快速測(cè)試，預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)油田注水腐蝕性和結(jié)垢性；另一方面，通過向油田污水中添加添加劑(如緩蝕劑、阻垢劑等)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并再次測(cè)試，可以對(duì)各種添加劑(包括各種不同種類的添加劑、以及不同配比的添加劑)的添加效果(即，添加有添加劑的污水的腐蝕性和結(jié)垢性等)進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有良好的針對(duì)性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明中的油田污水腐蝕結(jié)垢特性的測(cè)試方法通過靜態(tài)電化學(xué)分析、CFD軟件模擬、動(dòng)態(tài)管線模擬、數(shù)據(jù)整合分析四大部分，能快速有效的在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)還原油田現(xiàn)場(chǎng)，以油田現(xiàn)場(chǎng)不同的實(shí)際狀況(如溫度，壓力，管線材料種類，表面粗糙度，管線內(nèi)部湍流強(qiáng)度，壁面剪切應(yīng)力等)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)的分析注水管線的腐蝕與結(jié)垢趨勢(shì)，可建立有效的函數(shù)模型對(duì)注入水腐蝕和結(jié)垢規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)提出的解決方案(如向注水中添加添加劑等)進(jìn)行評(píng)價(jià)，測(cè)試評(píng)價(jià)的結(jié)論與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況符合較好。本發(fā)明中的油田污水腐蝕結(jié)垢特性的測(cè)試方法能夠快速對(duì)油田污水腐蝕結(jié)垢特性作出評(píng)價(jià)，具有簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確性高，針對(duì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種實(shí)驗(yàn)室內(nèi)預(yù)測(cè)油田現(xiàn)場(chǎng)注水系統(tǒng)腐蝕和結(jié)垢情況，并能夠預(yù)先評(píng)價(jià)防治措施，具體具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明的CFD軟件模擬，動(dòng)態(tài)管線模擬等方法有針對(duì)性，可以評(píng)價(jià)不同油田的不同情況，能較好的解決不同油田的實(shí)際問題；其中3D統(tǒng)計(jì)分析法能很好的獲得垢層厚度信息，準(zhǔn)確快速。(2)本發(fā)明提出的數(shù)據(jù)擬合將各個(gè)因素對(duì)管線結(jié)垢和腐蝕的影響關(guān)聯(lián)了起來，能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的腐蝕和結(jié)垢情況進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，為現(xiàn)場(chǎng)的防治提供相關(guān)信息。(3)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)管線模擬還可以對(duì)提出的解決方案進(jìn)行驗(yàn)證，能在實(shí)驗(yàn)室中找到最佳的解決方案和相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，注意事項(xiàng)，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)，節(jié)約人力物力。本發(fā)明油田污水腐蝕結(jié)垢特性的測(cè)試方法，可快速預(yù)測(cè)油田注水的結(jié)垢和腐蝕特性，并對(duì)相應(yīng)的解決方案(如向油田注水中添加添加劑、改變管線材料等)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)每個(gè)注水油田不同的水質(zhì)和管線情況都有針對(duì)性，能很好的反應(yīng)每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)不同的情況，進(jìn)一步的，可得到最佳的添加劑使用組合。本發(fā)明中的測(cè)試評(píng)價(jià)方法以油田現(xiàn)場(chǎng)水為介質(zhì)，能夠?qū)崨r反應(yīng)油田現(xiàn)場(chǎng)情況；靜態(tài)電化學(xué)分析步驟通過交流阻抗、電化學(xué)極化等分析手段，能夠找出管線所用材料在現(xiàn)場(chǎng)水中的腐蝕和結(jié)垢趨勢(shì)；CFD軟件模擬步驟通過CFD軟件模擬生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的情況，模擬出管線的流態(tài)、湍流強(qiáng)度、壁面剪切力等相關(guān)信息；動(dòng)態(tài)管線模擬步驟則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際比例建立模擬管線，基于靜態(tài)電化學(xué)分析部分得到的最適宜實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并可同時(shí)檢驗(yàn)提出的解決方案在實(shí)際應(yīng)用情況下的效用；數(shù)據(jù)整合分析步驟則是整合前三個(gè)步驟的數(shù)據(jù)，建立相關(guān)的簡(jiǎn)單函數(shù)模型，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管線結(jié)垢和腐蝕的程度進(jìn)行大致預(yù)測(cè)，討論腐蝕和結(jié)垢程度與溫度、流速、湍流強(qiáng)度、壁面剪切應(yīng)力等相關(guān)因素之間的變化關(guān)系，同時(shí)評(píng)價(jià)所提出的解決方案的好壞以及現(xiàn)場(chǎng)可行性。附圖說明圖1A、1B、1C分別是N80鋼不同溫度下交流阻抗數(shù)據(jù)擬合后曲線圖；圖2A是本發(fā)明動(dòng)態(tài)管線模擬實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2B為安放測(cè)試鋼片的動(dòng)態(tài)管線(該動(dòng)態(tài)管線可以采用玻璃材料)的放大示意圖。圖2A中的動(dòng)態(tài)管線其外徑為3cm，內(nèi)徑為2.8cm，該動(dòng)態(tài)管線自上而下由空心的圓柱體和錐體組合而成(該錐體是為了便于管線連接而設(shè)置的，也可不采用)，圓柱體的圓形底面與錐體的圓形頂面重合，其中，圓柱體的高度為67cm，錐體的高度為3cm，在距圓柱體圓形頂面7cm、12cm、37cm的圓柱體側(cè)面上分別設(shè)置有相對(duì)的、向外凸出的、凸出寬度為2cm的容納口，這些容納口共計(jì)6個(gè)，用于容納測(cè)試鋼片(這6個(gè)容納口均可用活塞密封，待測(cè)試的鋼片可以附著在活塞上)。該動(dòng)態(tài)管線模擬實(shí)驗(yàn)的裝置包括水浴鍋(精密測(cè)溫探頭、高精度控溫器控溫)、以及相應(yīng)的連接管路；其中，恒溫水浴鍋配有精密控溫探頭，該探頭還與高精度控溫器相連。圖3是本發(fā)明所述的3D統(tǒng)計(jì)分析法測(cè)試原理；圖4是本發(fā)明所述的軟件管線建模示例；圖5A、5B、5C分別是本發(fā)明所述的CFD軟件模擬計(jì)算結(jié)果示例；圖5B自左向右分別為1.38e-03、7.76e-05、1.05e-05，圖5C自左向右分別為3.14e-02、1.29e-02、9.50e-03。圖6是本發(fā)明所述的動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)試鋼片示例；圖6(a)(b)(c)(d)均為N80碳鋼，自左向右對(duì)應(yīng)不同的測(cè)試片的安放位置(即對(duì)應(yīng)圖2A中所示的自上而下測(cè)試鋼片安放位置)。圖7A、7B均是本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)整合函數(shù)建模示例；圖8是進(jìn)管口流速0.41m/s不同位置垢層厚度隨時(shí)間變化的曲線；圖中的位置1、位置2、位置3依次對(duì)應(yīng)圖2A中所示的自上向下的測(cè)試鋼片安放位置；圖9是進(jìn)管口流速1.06m/s不同位置垢層厚度隨時(shí)間變化的曲線；圖中的位置1、位置2、位置3依次對(duì)應(yīng)圖2A中所示的自上向下的測(cè)試鋼片安放位置；圖10是進(jìn)管口流速1.54m/s不同位置垢層厚度隨時(shí)間變化的曲線；圖中的位置1、位置2、位置3依次對(duì)應(yīng)圖2A中所示的自上向下的測(cè)試鋼片安放位置；圖11A、11B分別是不加阻垢殺菌劑的結(jié)垢產(chǎn)物圖、以及添加阻垢殺菌劑的結(jié)垢產(chǎn)物圖，即，阻垢殺菌劑添加前后某油田現(xiàn)場(chǎng)管線內(nèi)壁結(jié)垢產(chǎn)物對(duì)比圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。實(shí)施步驟1：電化學(xué)靜態(tài)分析準(zhǔn)備拋光好的現(xiàn)場(chǎng)管線所用材料的電極用作測(cè)試用工作電極，甘汞電極用作參比電極，鉑電極為對(duì)電極，組成3電極體系，待3電極體系在現(xiàn)場(chǎng)水溶液中開路電位穩(wěn)定后，在開路電位正負(fù)20mV下進(jìn)行EIS測(cè)試，測(cè)試的頻率區(qū)間為105Hz至10-3Hz，之后測(cè)定在開路電位下測(cè)極化曲線，利用科斯特電化學(xué)工作站ZView中電化學(xué)阻抗擬合分析軟件擬合出等效電路和相應(yīng)的電化學(xué)參數(shù)；分別測(cè)定在40℃，50℃，60℃條件下，碳鋼電極在現(xiàn)場(chǎng)水中的阻抗圖譜和極化曲線；連續(xù)7天測(cè)電極在60℃現(xiàn)場(chǎng)水中的阻抗圖譜，分析長時(shí)間浸泡電極表面結(jié)垢和腐蝕的變化規(guī)律(由于40℃、50℃、60℃下的阻抗圖譜中，60℃下鋼片的腐蝕和結(jié)垢更加明顯，因此可以僅以60℃下阻抗圖譜，分析長時(shí)間浸泡電極表面結(jié)垢和腐蝕的變化規(guī)律)。見圖1和表1。從圖上可以看出，高頻區(qū)(頻率大于100Hz的區(qū)間定義為高頻區(qū))相位角在實(shí)驗(yàn)溫度超過50℃后，相位角突破-50°，說明臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc為50℃(該臨界轉(zhuǎn)變溫度即相位角突變溫度，當(dāng)溫度高于此溫度時(shí)，結(jié)垢速率大于腐蝕速率，宏觀體現(xiàn)出結(jié)垢為主；而當(dāng)溫度低于此溫度時(shí)，腐蝕反應(yīng)速率大于結(jié)垢速率，宏觀則體現(xiàn)出腐蝕反應(yīng)為主)。這是后續(xù)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)步驟最關(guān)注的溫度點(diǎn)。通過阻抗圖譜可判斷結(jié)垢和腐蝕的趨勢(shì)，而利用極化曲線可以得出管道材料(如碳鋼)的腐蝕速率大小。表1N80鋼在不同溫度下的交流阻抗擬合數(shù)據(jù)結(jié)果電化學(xué)靜態(tài)分析的結(jié)果表明，溫度低于60℃條件下管線結(jié)垢速率不高，不易結(jié)垢，當(dāng)溫度高于60℃條件下，管線結(jié)垢趨勢(shì)隨著溫度的逐漸增加；試樣隨著溫度的增加試樣腐蝕速率增加。實(shí)施步驟2：CFD建模模擬參考油田注水現(xiàn)場(chǎng)的輸水管線的實(shí)際尺寸，設(shè)計(jì)模擬管線(該模擬管線的長度與管線直徑的比值不小于10，例如，模擬管線的直徑可以小于實(shí)際油田注水管線的直徑，只要模擬管線的長度與直徑兩者的比值大于10即可；為了便于管線連接，可在該模擬管線的一端可設(shè)置錐體結(jié)構(gòu)，在該錐體內(nèi)部以及靠近該錐體的管線部分均不設(shè)置樣品點(diǎn)，以免整體管線模擬實(shí)驗(yàn)；該模擬管線的長度可靈活調(diào)整，只要能夠獲得相對(duì)穩(wěn)定的流態(tài)即可，一般模擬管線的長度與管線直徑的比值不小于10就能滿足要求，當(dāng)然長度越長越有利)。運(yùn)用Gambit軟件等建模網(wǎng)格劃分軟件對(duì)管線進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模，再用Fluent(CFD)軟件在不同流速下模擬出管線中流態(tài)信息，如湍流強(qiáng)度，壁面剪切應(yīng)力等的分布情況(尤其是湍流強(qiáng)度和剪切應(yīng)力的最大值和最小值位置，即極值位置)并初步確定實(shí)驗(yàn)測(cè)試片安放位置(由于湍流強(qiáng)度和剪切應(yīng)力的極值位置一般腐蝕或結(jié)垢都相對(duì)嚴(yán)重，這樣獲得的數(shù)據(jù)更加有參考性)。軟件建模示范見圖4。在該步驟中，利用CFD軟件模擬，可找出現(xiàn)場(chǎng)管線的流態(tài)信息分布，確定下步動(dòng)態(tài)管線模擬測(cè)試的具體測(cè)試條件(如流速、試片安裝的位置等，在該CFD軟件模擬步驟中采用的流速主要是根據(jù)油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的速度為參考，例如，可以圍繞實(shí)際速度上下取若干個(gè)點(diǎn)進(jìn)行CFD模擬；在下步動(dòng)態(tài)管線模擬實(shí)驗(yàn)中所采用的流速，可以與該CFD模擬步驟中的流速保持一致；CFD模擬步驟中初步確定實(shí)驗(yàn)測(cè)試片安放位置一般就是動(dòng)態(tài)管線模擬步驟中的試片安裝位置，如果遇到一些無法安裝試片的情況，比如模擬出兩個(gè)試片安放位置過于接近，則可以根據(jù)模擬結(jié)果重新考慮其中一個(gè)位置)。實(shí)施步驟3：動(dòng)態(tài)管線模擬動(dòng)態(tài)模擬管線示意如圖2所示(該動(dòng)態(tài)模擬管線的尺寸可以與CFD模擬管線的尺寸保持一致)，實(shí)驗(yàn)實(shí)物按照該圖對(duì)應(yīng)設(shè)置。每一塊膠塞上可安放不同種類的測(cè)試鋼片，一次用丙酮和乙醇清洗安裝好的鋼片表面?zhèn)溆?，測(cè)試開始前，先將油田現(xiàn)場(chǎng)水樣加熱恒溫至所需溫度1小時(shí)，再插入測(cè)試鋼片進(jìn)行水循環(huán)，循環(huán)初始時(shí)期，在鋼片表面易有較多氣泡附著，此時(shí)應(yīng)暫停循環(huán)水，使鋼片裸露，氣泡隨之破裂，再開啟循環(huán)水，如此反復(fù)直至鋼片表面不再有氣泡附著。在測(cè)試過程中，由于水中原有氣體溢出和液體揮發(fā)作用易在測(cè)試管線頂端產(chǎn)生氣體，這時(shí)應(yīng)及時(shí)用止水夾夾住底部出水口，從上部預(yù)留的溢水口排除氣泡并接收上部溢出的帶有泡沫的液體，并倒回現(xiàn)場(chǎng)水瓶中。開啟動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)后，在第24h，48h，72h，120h，168h，216h時(shí)暫停水循環(huán)，取出測(cè)試鋼片，分別用3D超景深顯微鏡觀察測(cè)試鋼片的表面形貌，用3D超景深顯微鏡的平均厚度法測(cè)量垢層的平均厚度。體積平均厚度即用3D照相機(jī)獲取一定面積內(nèi)垢樣的體積，然后除以底面積，從而獲得垢樣的平均厚度，低放大倍數(shù)，在試片不同部位進(jìn)行3d井深照相進(jìn)行采樣，通過多個(gè)采樣點(diǎn)的厚度數(shù)值取平均，從而能夠較為準(zhǔn)確的反映整個(gè)試片的結(jié)垢厚度信息。統(tǒng)計(jì)分析方法，如圖3所示。變換測(cè)試片材料種類和表面粗糙度等因素(表面粗糙度也可參考實(shí)際管道的粗糙度指標(biāo))，分析不同因素對(duì)測(cè)試片表面腐蝕和結(jié)垢規(guī)律的影響(圖6所示為動(dòng)態(tài)模擬試片表面結(jié)垢后的形貌圖)。測(cè)試結(jié)束后，測(cè)試片干燥后測(cè)增重確定結(jié)垢量，酸洗后測(cè)失重確定腐蝕程度，3D照相機(jī)觀察采集腐蝕形貌。測(cè)試片還可進(jìn)行SEM，EDAX，XRD，XPS等分析確定腐蝕產(chǎn)物和垢樣的成分信息。該動(dòng)態(tài)管線模擬實(shí)驗(yàn)可以用于檢測(cè)備選解決方案(如向油田注水中添加添加劑等)，確定其有效性以及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和注意事項(xiàng)(如構(gòu)成添加劑的具體成分、及相應(yīng)試劑的配比等)，例如，某油田擬使用某緩蝕劑減緩管道腐蝕，可以在此模擬管線中先進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。該步驟是將現(xiàn)場(chǎng)管線按比例縮小制作模擬管線，根據(jù)電化學(xué)分析結(jié)果確定最佳測(cè)試條件，根據(jù)軟件模擬結(jié)果確定測(cè)試鋼片分布位置；通過3D超景深顯微鏡觀察測(cè)試鋼片表面腐蝕和結(jié)垢形貌；應(yīng)用3D統(tǒng)計(jì)分析發(fā)采集垢層厚度隨時(shí)間變化的規(guī)律；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過增重計(jì)算結(jié)垢量，酸洗后通過失重計(jì)算腐蝕程度。中低流速環(huán)境下，距離管口較近的位置結(jié)垢較薄，但隨著流速的加大，厚度急劇上升，而管中部和后部的區(qū)域呈先增大后減小的趨勢(shì)。通過在動(dòng)態(tài)管線模擬步驟中采用不同溫度、不同進(jìn)管口流速，可系統(tǒng)的分析在油田污水作用下某一管道的結(jié)垢和腐蝕趨勢(shì)；以溫度為例，該動(dòng)態(tài)管線模擬步驟所采用的多個(gè)不同的溫度，可以是在現(xiàn)場(chǎng)溫度(即，實(shí)際油田現(xiàn)場(chǎng)的溫度)和臨界轉(zhuǎn)變溫度(即，步驟1電化學(xué)靜態(tài)分析實(shí)驗(yàn)所得的臨界轉(zhuǎn)變溫度)附近的多個(gè)溫度點(diǎn)，從而能夠系統(tǒng)分析油田現(xiàn)場(chǎng)溫度和臨界轉(zhuǎn)變溫度附近的結(jié)垢和腐蝕趨勢(shì)，并進(jìn)一步的提出可以減少腐蝕或者結(jié)垢的參考意見。實(shí)施步驟4：數(shù)據(jù)整合分析以CFD軟件模擬和動(dòng)態(tài)管線模擬為主要數(shù)據(jù)來源，考察相關(guān)變量，建立溫度，管線材料種類，表面粗糙度，管線內(nèi)部湍流強(qiáng)度，壁面剪切應(yīng)力等相關(guān)變量與管線材料表面腐蝕結(jié)垢的關(guān)系，以函數(shù)關(guān)系式方式表達(dá)，并用公式或圖像、表示其間的函數(shù)關(guān)系，對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)的管線腐蝕和結(jié)垢情況進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。見圖5、圖7-圖10。例如，0.41m/s流速下動(dòng)態(tài)管線模擬實(shí)驗(yàn)獲得的最大結(jié)垢速率是1.0543μm/h，1.54m/s流速下流速更大，高流速下壁面剪切應(yīng)力很大，垢層形成速度具有不確定性和偶然性，垢層厚度隨時(shí)間變化并不很好的符合線性關(guān)系。在CFD軟件模擬和動(dòng)態(tài)管線模擬中，還可進(jìn)一步的建立壓力與管線材料表面腐蝕結(jié)垢的關(guān)系，并相似的以函數(shù)關(guān)系式方式表達(dá)；考慮到油田注水管路中，不同高度處的管路往往具有不同的水壓，因此本發(fā)明的動(dòng)態(tài)管線模擬中的動(dòng)態(tài)管線按豎直方向設(shè)置；尤其當(dāng)動(dòng)態(tài)管線較長時(shí)，靠近底部的試樣點(diǎn)就會(huì)因?yàn)樗叨葔毫^大，與靠近頂部的試樣壓力有區(qū)別，導(dǎo)致壓力不同；但是受動(dòng)態(tài)管線的長度限制，動(dòng)態(tài)管線內(nèi)的壓力增加并沒有實(shí)際油田埋設(shè)管線內(nèi)增加的壓力大，因此在動(dòng)態(tài)模擬管線允許的情況下，可適當(dāng)增加動(dòng)態(tài)管線的壓力，并得出壓力與管線材料表面腐蝕結(jié)垢的關(guān)系。本發(fā)明模擬條件下建立的垢層厚度與各變量之間的最終函數(shù)模型如下式，其中湍流能k(m2/s2)和壁面剪切應(yīng)力p(Pa)與進(jìn)管口流速v(m/s)，距離進(jìn)管口距離d(cm)的函數(shù)關(guān)系可由CFD軟件模擬獲得。H=F(k,p,T)k=F(v,d)p=F(v,d)---(1)]]>式中，H為垢層厚度(μm)，k為湍流能(m2/s2)，p為壁面剪切應(yīng)力(Pa)，v為進(jìn)管口流速(m/s)，d為距離進(jìn)管口距離(cm)，T為溫度(℃)。通過靜態(tài)電化學(xué)分析，CFD軟件模擬，動(dòng)態(tài)管線模擬的數(shù)據(jù)找出影響管線材料腐蝕或結(jié)垢的因素，建立函數(shù)模型，并用公式或圖像等表述函數(shù)關(guān)系，應(yīng)用所得函數(shù)關(guān)系，對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)的腐蝕和結(jié)垢進(jìn)行預(yù)測(cè)。實(shí)施步驟5：勝利油田現(xiàn)場(chǎng)某油田聚合物驅(qū)產(chǎn)出水通過實(shí)驗(yàn)室快速評(píng)價(jià)，結(jié)果表明其微生物誘導(dǎo)結(jié)垢嚴(yán)重；實(shí)驗(yàn)室篩選阻垢劑和殺菌劑組合添加后可以明顯抑制結(jié)垢(即，將添加有不同阻垢劑和/或殺菌劑的現(xiàn)場(chǎng)水作為上述步驟1－4，尤其是動(dòng)態(tài)管線模擬的實(shí)驗(yàn)用水，由此篩選出最佳的阻垢劑和殺菌劑組合)。油田現(xiàn)場(chǎng)采用實(shí)驗(yàn)室篩選配方，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)3個(gè)月驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)垢問題得到控制，阻垢率達(dá)到90％?，F(xiàn)場(chǎng)結(jié)垢對(duì)比圖見圖11A和11B。圖中可以看出添加阻垢殺菌劑后，管線內(nèi)壁微生物誘導(dǎo)結(jié)垢產(chǎn)物較少。通過本發(fā)明中的測(cè)試方法可以判斷某油田污水的腐蝕性(即腐蝕傾向)以及結(jié)垢性(即結(jié)垢傾向)強(qiáng)弱。本發(fā)明中的動(dòng)態(tài)管線模擬步驟是以靜態(tài)電化學(xué)分析步驟所采用的溫度、CFD軟件模擬步驟所采用的流速為實(shí)驗(yàn)條件，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以檢測(cè)理論計(jì)算與實(shí)際模擬之間大趨勢(shì)上的統(tǒng)一性，從而使得出的結(jié)論更加有參考性。例如，通過靜態(tài)電化學(xué)分析(如相位角信息等)，可以判斷材料腐蝕和結(jié)垢的趨勢(shì)，即預(yù)先判斷材料在特定溫度下的腐蝕和結(jié)垢趨勢(shì)；而在動(dòng)態(tài)管線模擬步驟中則通過3d照相機(jī)來實(shí)際的觀察管線在實(shí)際使用中的結(jié)垢和腐蝕趨勢(shì)，從而檢測(cè)理論計(jì)算與實(shí)際模擬之間大趨勢(shì)上的統(tǒng)一性，從而使得出的結(jié)論更加有參考性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3