一种获取注水井管柱溶解氧腐蚀速率的方法

技术领域

本发明属于注水井井筒管柱完整性与安全技术领域，具体涉及一种获取注水井管柱溶解氧腐蚀速率的方法。

背景技术

注水是油田提高采收率的主要方式之一，由于注入水溶解氧含量高、矿化度高、注水排量大、井下高温高压，长期注水作业后井下注水管柱受溶解氧腐蚀十分严重，导致管柱失效时有发生、修井周期缩短，严重制约注水井井筒长期安全生产和油田注水开发总体效益。因此，可靠预测井下注水管柱溶解氧腐蚀速率分布对于评价管柱安全风险、制定安全管控措施、提高注水井井筒完整性具有重要意义。

目前主要通过实内实验法模拟注水工况参数下井下管柱氧腐蚀行为，研究压力、溶解氧含量、温度、矿化度、流速和缓蚀剂等因素对不同材质管柱的腐蚀速率影响规律，并结合扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和XRD衍射仪等腐蚀产物表征手段揭示管柱氧腐蚀机理和规律。然而，受实验成本和时间限制，实验法往往只针对设置的有限组实验参数开展氧腐蚀模拟，无法获得全井筒管柱氧腐蚀速率分布。同时，现有实验装置难以模拟注水井井下几百至几千米密闭管柱内考虑腐蚀消耗的溶解氧腐蚀行为。

发明内容

本发明的发明目的是，提供一种可以快速经济可靠获取注水井管柱溶解氧腐蚀速率的方法。

本发明提供一种获取注水井管柱溶解氧腐蚀速率的方法，包括如下步骤，

步骤一：采用溶解氧浓度测定仪测试井口处注入水溶解氧浓度C

式中，C

步骤二：采用以下公式计算获取注入水运动粘度ν

式中，h为任意井深单位为m，ν

步骤三：采用以下公式计算获取注入水雷诺数Re(h)

式中，R

步骤四：采用下公式计算获取注水井管柱氧腐蚀扩散边界层厚度δ(h)

式中：δ(h)为井深h处O

步骤五：采用公式计算获取注水井管柱氧腐蚀扩散系数Do

式中，Do

步骤六：将注水井管柱长度H沿井深等分成N个长度为Δh的单元，Δh＝H/N，采用以下公式递推计算获取任意井深处注入水溶解氧浓度C

(其中，i＝1,2,3,…N且N＞H)

式中：H为注水井管柱总长度单位为m，N为沿井深注水井管柱等分单元个数，N为整数，Δh为沿井深注水井管柱等分单元长度单位为m，δ(τ)为井深τ处O

步骤七：采用以下公式计算获取注水井管柱溶解氧腐蚀速率R

式中，R

进一步的，所述步骤四中，若注水管柱为碳钢材质则k(h)取15.24×10

进一步的，所述步骤七中，M

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请相关参数的计算方式。应该理解本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

本发明的有益效果在于：与现有采用实验法研究注水井管柱溶解氧腐蚀速率和规律相比，本发明提供的方法可以快速经济获取注水井全井筒密闭管柱内考虑腐蚀消耗的溶解氧腐蚀速率分布，可靠性高。

附图说明

本发明提供的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1注水井温度场T(h)分布。

图2注水井压力场p(h)分布。

图3注入水运动粘度ν

图4注入水雷诺数Re(h)分布。

图5注水井管柱氧腐蚀扩散边界层厚度δ(h)分布。

图6注水井管柱氧腐蚀扩散系数Do

图7注入水溶解氧浓度C

图8注水井管柱溶解氧腐蚀速率R

图9注水井管柱溶解氧腐蚀速率预测流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整性地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明提供的获取注水井管柱溶解氧腐蚀速率的方法，属于注水井井筒管柱完整性与安全技术领域。由于注水井井下管柱受注入水溶解氧腐蚀严重，导致管柱失效时有发生、修井周期缩短，因此可靠预测井下注水管柱溶解氧腐蚀速率分布至关重要。目前对井下管柱氧腐蚀行为研究主要采用室内模拟实验法，但受实验成本和时间限制，往往只针对设置的有限组实验参数开展氧腐蚀模拟，无法获得全井筒管柱氧腐蚀速率分布。同时，现有实验装置难以模拟注水井井下几百至几千米密闭管柱内考虑腐蚀消耗的溶解氧腐蚀行为。本发明首先基于粘性流体力学边界层理论，利用注水井井筒温度场、压力场和注水工况参数获取全井筒管柱内注入水溶解氧腐蚀扩散边界层厚度和氧腐蚀扩散系数；然后基于注入水溶解氧对井下管柱腐蚀的扩散控制机制，采用递推法求取井下长距离密闭注水管柱内考虑腐蚀消耗的溶解氧浓度分布；最后基于腐蚀电化学理论计算注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布。与现有采用实验法研究注水井管柱溶解氧腐蚀速率和规律相比，该方法可以快速经济获取注水井全井筒密闭管柱内考虑腐蚀消耗的溶解氧腐蚀速率分布，可靠性高。

如图9所示，本发明提供一种获取注水井管柱溶解氧腐蚀速率的方法，包括如下实施步骤，

步骤一：获取p

式中：C

步骤二：获取T(h)、p(h)、C

式中：h为任意井深，m；ν

步骤三：获取Q

式中：R

步骤四：获取k(h)，利用以下公式获取注水井管柱氧腐蚀扩散边界层厚度δ(h)

式中：δ(h)为井深h处O

步骤五：利用以下公式获取注水井管柱氧腐蚀扩散系数Do

式中：Do2(h)为井深h处注入水溶解氧扩散系数，m

步骤六：获取H、N、Δh，将注水井管柱长度H沿井深等分成N个长度为Δh的单元(Δh＝H/N)，利用以下公式获取任意井深处注入水溶解氧浓度C

式中：H为注水井管柱总长度，m；N为沿井深注水井管柱等分单元个数，整数；Δh为沿井深注水井管柱等分单元长度，m。

步骤七：获取M

式中：R

上述步骤中p

实施例一

下面通过一个具体实例说明本发明获取注水井管柱溶解氧腐蚀速率的过程。

通过现场测量获取某注水井地面实测大气压为90.5kPa、地面实测温度为3℃、注入水总矿化度为22×10

步骤一：由式(1)估算地面溶解氧浓度为0.378mol/m

步骤二：如图3所示，由式(2)计算注入水运动粘度。

步骤三：如图4所示，由式(3)计算注入水雷诺数。

步骤四：如图5所示，由式(4)计算注水井管柱氧腐蚀扩散边界层厚度。

步骤五：如图6所示，由式(5)计算注水井管柱氧腐蚀扩散系数。

步骤六：如图7所示，由式(6)计算任意井深处注入水溶解氧浓度。

步骤七：如图8所示，由式(7)计算注水井管柱溶解氧腐蚀速率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。