CN115099508B - Srb与co2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法 - Google Patents

Srb与co2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SRB与CO2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法，在综合SRB和CO2腐蚀因素的基础上，考虑以细胞色素传递机制量化SRB腐蚀电化学过程中的还原引起的腐蚀电流密度，建立一个SRB/CO2共存环境的页岩气集输管道内腐蚀机理模型，以期充分预测SRB/CO2共存环境下的管道内腐蚀速率，由于在获得页岩气集输管道腐蚀速率的过程中考虑了SRB和CO2耦合作用，以及考虑细胞色素传递机制的影响，可以使评价结果更加科学、准确、合理。

Description

SRB与CO2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法
技术领域
本发明涉及管道腐蚀速率预测技术领域，特别是一种SRB与CO2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法。
背景技术
页岩气集输管道内腐蚀是影响在役管道剩余寿命以及页岩气集输流程的重要原因之一。页岩气因为其特殊的开采方式，压裂液，钻井泥浆和蓄水都可能将有害的微生物如SRB引入页岩气藏。同时，页岩气集输环境中又含有CO2、Cl-等腐蚀性介质，加剧页岩气集输管道的电化学腐蚀，造成管道内腐蚀甚至穿孔，引发安全事故和财产损失。因此，在内检测技术受限的情况下，通过形成一套内腐蚀速率预测技术体系，也对保障页岩气集输安全运行具有重要的研究与工程意义。
引起页岩气集输管道内腐蚀的原因比较复杂，最主要的两个因素为SRB和CO2，国内外学者对于CO2腐蚀速率预测模型的研究颇多，多用常规的数学建模方法，如常见的经验模型有NorsokM-506模型、Ohio模型以及Corpos模型，常见半经验模型的有De Waard-Milliams模型、Cassandra模型、ECE模型、Predict模型等，常见的机理模型有Nesic模型、Tulsa模型等。相较之下SRB腐蚀速率预测模型的研究很少，基本为机理模型，且SRB机理模型大多是基于模拟腐蚀金属基底上的生物膜模型，并包括表征系统的各种参数，例如生物因素、输运过程、金属表面的化学反应等建立的，而关于同时考虑SRB和CO2的内腐蚀速率预测的相关内容较少见到。胞外电子传递机制有3种，分别为可溶性氧化还原介体的电子穿梭、细胞色素传递和纳米导线传递，而目前几乎未见将某种EET机制引入SRB机理模型的研究。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种SRB与CO2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法，在综合SRB和CO2腐蚀因素的基础上，考虑以细胞色素传递机制量化SRB腐蚀电化学过程中的还原引起的腐蚀电流密度，建立一个SRB/CO2共存环境的页岩气集输管道内腐蚀机理模型，以期充分预测SRB/CO2共存环境下的管道内腐蚀速率。
本发明采用的技术方案是：
一种SRB与CO2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法，包括如下步骤：
确定SRB/CO2溶液体系腐蚀过程中的电化学反应，包括CO2腐蚀的反应方程、SRB腐蚀的氧化反应方程、SRB腐蚀的还原反应方程，得出SRB与CO2腐蚀的总反应方程；
结合胞外电子传递机制中的细胞色素传递方法，建立还原的电荷转移电流密度方程及/>的传质模型，计算/>还原的总电流密度；
考虑H2CO3还原反应同时受活化反应和扩散传质控制，计算H2CO3还原的总电流密度；
考虑H2O还原受活化反应控制，计算H2O还原的总电流密度；
计算得到各电化学反应总的腐蚀电流密度，根据阳极和阴极反应的电荷平衡计算得到阳极腐蚀电位，并利用阳极腐蚀电位计算出不同时间的阳极腐蚀电流密度，将阳极腐蚀电流密度转换为腐蚀速率与腐蚀深度，最终计算出腐蚀速率。
优选的，CO2腐蚀的反应方程分别见式(1)和式(2)：
2H2O+2e-→H2+2OH- (2)
SRB腐蚀的氧化反应方程分别见式(3)和(4)：
CH3CHOHCOO-+H2O→CH3COO-+CO2+4H++4e- (3)
4Fe→4Fe2++8e- (4)
SRB腐蚀的还原反应方程见式(5)：
SO4 2-+9H++8e-→HS-+4H2O (5)
SRB与CO2腐蚀的总反应方程分别见式(6)、(7)和(8)：
Fe2++HS-→FeS+H+ (6)
Fe+CO2+H2O→FeCO3+H2 (8)
优选的，结合胞外电子传递机制中的细胞色素传递方法，建立还原的电荷转移电流密度方程及/>的传质模型，计算/>还原的极限扩散电流密度，包括如下步骤：
根据式(14)的总电阻方程计算硫酸盐还原产生的总电流密度式(14)如下所示：
其中，为/>还原的总电流密度；/>为/>还原的极限扩散电流密度；/>为/>还原的电荷转移电流密度；
电子从金属到生物膜的转移速率是跨生物膜的活性电荷转移层的电流密度和金属表面电势的函数，则通过Tafel方程建立的表达式即为式(15)：
其中，rc为电子从金属到生物膜的跨电位降的传输速率；F为Faraday常数；为/>还原的交换电流密度；α为电子转移系数；E为阳极腐蚀电位；/>为/>还原平衡电位；R为通用气体常数；T为实际工况下的绝对温度；
使用Nerst方程计算见式(16)：
其中，pH为SBR细胞质中的pH值；
最终，如下式(17)：
其中，为细胞色素与生物膜之间电子转移的速率；LB为主动传输层长度；CZ为细胞色素浓度；
由Nernst-Planck方程计算见式(18)：
其中，ne为参与反应的电子数；为生物膜中/>的扩散率；/>为生物膜内的/>浓度；
通过修正后的Fick第二定律可模拟在生物膜内部的分布，见式(19)：
其中，为生物膜中SRB对/>消耗的速率，通过Monod方程计算，见式(20)：
其中，Km为生物膜中SRB的Monod半速度系数；qmax为最大硫酸盐利用率；Xs为点蚀坑内的SRB浓度；Lf为生物膜厚度。
优选的，考虑H2CO3还原反应同时受活化反应和扩散传质控制，对H2CO3的极限扩散电流密度和电荷转移电流密度进行计算，包括如下步骤：
H2CO3还原的总阴极电流密度见式(21)：
其中，为H2CO3还原的总电流密度；/>为H2CO3还原的电荷转移电流密度；/>为H2CO3还原的极限扩散电流密度；
通过Tafel方程建立计算方程见式(22)：
其中，为H2CO3还原的交换电流密度；bc为Tafel斜率；/>为H2CO3还原的平衡电位；
通过式(10)计算bc：
其中，αc为电子转移系数；
通过式(23)计算
其中，为氢气的分压；
通过式(24)计算
其中，为H2CO3还原的参考交换电流密度；/>为H2CO3还原的活化焓；Tref为参考温度；
通过Vetter方程建立的计算方式见式(25)：
其中，[CO2]b为溶液中溶解的CO2体积浓度；为CO2在水中的扩散率；Khyd为CO2水合反应的平衡常数；/>为CO2水合反应的正向反应速率；
通过式(26)计算[CO2]b：
其中，为CO2的亨利常数；/>为CO2分压。
优选的，考虑H2O还原受活化反应控制，对H2O的电荷转移电流密度进行计算，包括如下步骤：
通过Tafel方程对H2O还原的总电流密度进行计算，计算式见式(27)：
其中，为H2O还原的总电流密度；/>为H2O还原的交换电流密度；/>为H2O还原的平衡电位；H2O还原的Tafel斜率与H2CO3还原的Tafel斜率相同；
通过式(28)计算
通过Arrhenius方程计算计算式见式(29)：
其中，为H2O还原的参考交换电流密度；/>为H2O还原的活化焓。
优选的，计算得到各电化学反应总的腐蚀电流密度，根据阳极和阴极反应的电荷平衡计算得到阳极腐蚀电位，并利用阳极腐蚀电位计算出不同时间的阳极腐蚀电流密度，将阳极腐蚀电流密度转换为腐蚀速率与腐蚀深度，最终计算出腐蚀速率，包括如下步骤：
通过Tafel方程计算阳极腐蚀电流密度iFe，见式(9)：
其中，iFe为阳极腐蚀电流密度；io,Fe为阳极交换电流密度；为阳极平衡电位；
通过式(12)计算io,Fe：
其中，为Fe的参考交换电流密度；ΔH(Fe)为Fe的活化焓；
根据Faraday第二定律将阳极腐蚀电流密度转换为腐蚀速率Vcorr，见式(13)所示，此处的腐蚀速率Vcorr相当于一维点蚀模型中的点蚀速率；
其中，MFe为铁的原子量；ρFe为铁的密度；
通过电荷平衡方程计算E，见式(30)：
其中，na和nc分别为阳极和阴极反应的总数；ia和ic分别为阳极电荷和阴极电荷；展开后即为式(31)：
通过有限差分法对式(19)求解，得到不同时间下生物膜上浓度，再将T、/>pH、SRB数量分别代入包含该参数的各公式中，将式(15)和(18)代入式(14)得到式(32)，将式(22)和(25)代入式(21)得到式(33)，式(32)和式(33)如下所示：
此时式(9)、式(27)、式(32)和式(33)中的未知数仅为阳极腐蚀电位E；将式(9)、式(27)、式(32)和式(33)通过电荷平衡方程式(31)联立，求解阳极出腐蚀电位E，再以阳极腐蚀电位E作为式(9)的输入，即可求出不同时间的阳极腐蚀电流密度iFe，最后将阳极腐蚀电流密度iFe代入式(13)即可求解腐蚀速率Vcorr。
本发明的有益效果是：
考虑了以细胞色素传递机制量化SRB腐蚀电化学过程中的还原引起的腐蚀电流密度；建立了SRB/CO2共存环境下页岩气集输管道内腐蚀机理模型；由于在获得页岩气集输管道腐蚀速率的过程中考虑了SRB和CO2耦合作用，以及考虑细胞色素传递机制的影响，可以使评价结果更加科学、准确、合理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
本实施例提供一种SRB与CO2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法，该方法考虑细胞色素传递机制的SRB与CO2耦合作用，以预测页岩气集输管道的内腐蚀速率趋势，保障页岩气集输管道安全运行
1、首先确定SRB/CO2溶液体系腐蚀过程中主要的电化学反应。
SRB和CO2共存时诱发的管道腐蚀机理比较复杂。首先分析CO2的腐蚀机理，传统上认为CO2腐蚀的阴极反应涉及析氢反应、H2CO3的直接还原反应以及H2O还原反应，根据现场水质分析发现不涉及析氢反应。
CO2腐蚀的反应方程分别见式(1)和式(2)：
2H2O+2e-→H2+2OH- (2)
SRB腐蚀的阴极反应，目前国内外最先进的SRB腐蚀机理是顾停月等人发现的BCSR机理，由于铁氧化发生在SRB外部，而硫酸盐还原发生在SRB内部，因此需要EET的方法使电子穿过SRB的细胞壁，考虑以EET机制中的细胞色素传递作为电子载体的方式，对SO4 2-还原的阴极电流密度进行建模，由此量化SO4 2-还原中因EET产生的腐蚀电流密度。
SRB腐蚀的反应方程如下：
氧化反应方程分别见式(3)和(4)：
CH3CHOHCOO-+H2O→CH3COO-+CO2+4H++4e- (3)
4Fe→4Fe2++8e- (4)
还原反应方程见式(5)：
SO4 2-+9H++8e-→HS-+4H2O (5)
因此，SRB与CO2腐蚀的总反应方程分别见式(6)、(7)和(8)：
Fe2++HS-→FeS+H+ (6)
Fe+CO2+H2O→FeCO3+H2(8)
2、通过Tafel方程计算阳极铁氧化的电化学反应的腐蚀电流密度；阳极表面的电流密度可由Tafel方程计算：见式(9)：
其中，iFe为阳极腐蚀电流密度，单位为A/m2；io,Fe为阳极交换电流密度，单位为A/m2；bc为Tafel斜率，无量纲；E为阳极腐蚀电位，单位为V；为阳极平衡电位，单位为V。
通过式(10)计算bc：
其中，αc为电子转移系数，取0.5，无量纲；F为Faraday常数，取96485.34C/mol；R为通用气体常数，取8.31J/(mol·K)；T为实际工况下的绝对温度，单位为K。
如果实验条件偏离标准电极电位定义的条件，可使用Nerst方程计算平衡电位，见式(11)：
对于交换电流密度，Pour-Ghaz等提出了一种简单的方法揭示温度对交换电流密度的影响，见式(12)：
其中，为25℃下Fe的参考交换电流密度，取0.33A/m2；ΔH(Fe)为Fe的活化焓，取37.5KJ/mol；Tref为参考温度，代表的是不同实验研究下所取得不同参考温度值，本实施例中Tref统一取同一值为298K。
根据Faraday第二定律将阳极腐蚀电流密度转换为腐蚀速率Vcorr，见式(13)所示，此处的腐蚀速率Vcorr相当于一维点蚀模型中的点蚀速率。
其中，腐蚀速率Vcorr的单位为mm/a；ne为参与反应的电子数，取2；ρFe为铁的密度，取7870kg/cm3；MFe为铁的原子量，取0.056kg/mol。
3、结合胞外电子传递机制中的细胞色素传递方法，通过Tafel方程建立还原的电荷转移电流密度，利用Monod方程修正Fick第二定律建立/>的传质模型，再根据Nernst-Planck方程计算/>还原的极限扩散电流密度。
硫酸盐还原产生的总电流密度根据式(14)总电阻方程计算：
其中，为/>还原的总电流密度，单位为A/m2；/>为/>还原的极限扩散电流密度，单位为A/m2；/>为/>还原的电荷转移电流密度，单位为A/m2。
电子从金属到生物膜的转移速率是跨生物膜的活性电荷转移层的电流密度和金属表面电势的函数。
则通过Tafel方程建立的还原的电荷转移电流密度的表达式即为式(15)：
其中，rc为电子从金属到生物膜的跨电位降的传输速率，单位为s-1；为还原的交换电流密度；α为电子转移系数，取0.5；/>为/>还原平衡电位，单位为V。
使用Nerst方程计算见式(16)：
其中，本实施例中pH代表SRB细胞质中的酸碱度，的还原发生在细胞质中，SRB细胞质中的酸碱度不同于溶液环境的酸碱度，因为受细菌代谢活动的影响，细胞质内部会保持最适宜细菌生存的酸碱度。本实施例中假设细胞质中的pH＝7。
最终，如下式(17)：
其中，为细胞色素与生物膜之间电子转移的速率，取0.08s-1；LB为主动传输层长度，取10-3m；CZ为细胞色素浓度，取3.6×10-3mol/L。
由Nernst-Planck方程计算见式(18)：
其中，为生物膜中/>的扩散率，单位为m2/s；/>为生物膜内的/>浓度，单位为mol/m3。
Fick第二定律是描述离子在扩散机理作用下离子浓度随时间的变化，能很好地反映生物膜中离子侵入的过程。通过修正后的Fick第二定律可模拟在生物膜内部的分布，见式(19)：
其中，为生物膜中SRB对/>消耗的速率，单位为mol/(m3·s)。
Fick第二定律初始与边界条件见表所示。
表1 Fick第二定律初始与边界条件
对于腐蚀深坑，坑底和坑壁可能存在SRB生物膜，而坑的大部分空间填充有主体溶液。从溶液进入生物膜，到达坑底接受电子，导致MIC发生。在扩散过程中，生物膜中大量固着细胞消耗了硫酸盐，/>应表现为负值，该项通过Monod方程计算，见式(20)：
其中，Km为生物膜中SRB的Monod半速度系数，取10.69×10-5mg/m3；qmax为最大硫酸盐利用率，取1.08mmol/(mg·s-1)；Xs为点蚀坑内的SRB浓度，假设点蚀坑中的SRB浓度为溶液中SRB浓度的1％，单位为个/mL；Lf为生物膜厚度，取239μm。
4、考虑H2CO3还原反应同时受活化反应和扩散传质控制，通过Tafel方程和Vetter方程对H2CO3的极限扩散电流密度和电荷转移电流密度进行计算。
H2CO3还原的总阴极电流密度见式(21)：
其中，为H2CO3还原的总电流密度，单位为A/m2；/>为H2CO3还原的电荷转移电流密度，单位为A/m2；/>为H2CO3还原的极限扩散电流密度，单位为A/m2。
通过Tafel方程建立计算方程见式(22)：
其中，为H2CO3还原的交换电流密度，单位为A/m2；/>为H2CO3还原的平衡电位，单位为V。
根据研究，H2CO3还原与H+还原具有相同的热力学条件。通过式(23)计算
其中，为氢气的分压，在本实施例中为简化研究过程，/>取值为0。
通过式(24)计算
其中，为H2CO3还原的参考交换电流密度，根据/>的研究，在本实施例中，H2CO3浓度为1×10-4mol/L的参考条件下，/>为0.018A/m2；/>为H2CO3还原的活化焓，取50KJ/mol。
通过Vetter方程建立的计算方式见式(25)：
其中，[CO2]b为溶解的CO2体积浓度，单位为mol/m3；为CO2在水中的扩散率，单位为m2/s；Khyd为CO2水合反应的平衡常数，取2.58×10-3，无量纲；/>为CO2水合反应的正向反应速率，无量纲。
通过式(26)计算[CO2]b：
其中，为CO2的亨利常数，取0.1MPa·m3/mol；/>为CO2分压，单位为MPa。
5、考虑H2O还原受活化反应控制，通过Tafel方程对H2O的电荷转移电流密度进行计算；由于水分子向金属表面传输不存在扩散限制，因此可以认为H2O的还原速率仅由Tafel方程建立的电荷转移过程控制：
其中，为H2O还原的总电流密度，单位为A/m2；/>为H2O还原的交换电流密度，单位为A/m2；/>为H2O还原的平衡电位，单位为V。
H2O还原的Tafel斜率与H2CO3还原的Tafel斜率相同，bc＝120mV。H2O还原与H+还原具有相同的热力学条件。通过Nernst方程计算：
通过Arrhenius方程计算计算式见式(29)：/>
其中，在为H2O还原的参考交换电流密度，在Tref环境下的实验中确定 为H2O还原的活化焓，/>
6、根据步骤2～步骤5计算可得到各电化学反应总的腐蚀电流密度，利用阳极和阴极反应的电荷平衡计算得到腐蚀电位，进一步通过利用Faraday第二定律求得腐蚀速率。
在阴极和阳极反应建模完成之后，通过电荷平衡方程计算腐蚀电位，见式(30)：
其中，na和nc分别为阳极和阴极反应的总数；ia和ic分别为阳极电荷和阴极电荷；展开后即为式(31)：
通过有限差分法对式(19)求解，得到不同时间下生物膜上浓度，再将T、pH、SRB数量分别代入包含该参数的各公式中，将式(15)和(18)代入式(14)得到式(32)，将式(22)和(25)代入式(21)得到式(33)，式(32)和式(33)如下所示：
此时式(9)、式(27)、式(32)和式(33)中的未知数仅为阳极腐蚀电位E；将式(9)、式(27)、式(32)和式(33)通过电荷平衡方程式(31)联立，求解出阳极腐蚀电位E，再以阳极腐蚀电位E作为式(9)的输入，即可求出不同时间的阳极腐蚀电流密度iFe，最后将阳极腐蚀电流密度iFe代入式(13)即可求解腐蚀速率Vcorr。
通过本实施例提供的SRB与CO2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法，对多组样本进行腐蚀速率预测，其预测结果如表2所示。
表2管道腐蚀数据及机理模型预测结果
/>
由表2可知，本实施例的机理模型预测的点蚀速率与现场实测点蚀速率的大部分相对误差在10％以内，只有个别相对误差在10％～15％，总体相对误差较小，验证了本实施例的SRB/CO2共存环境的页岩气集输管道内腐蚀机理模型的有效性。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种SRB与CO2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定SRB/CO2溶液体系腐蚀过程中的电化学反应，包括CO2腐蚀的反应方程、SRB腐蚀的氧化反应方程、SRB腐蚀的还原反应方程，得出SRB与CO2腐蚀的总反应方程；
结合胞外电子传递机制中的细胞色素传递方法，建立还原的电荷转移电流密度方程及/>的传质模型，计算/>还原的总电流密度；
考虑H2CO3还原反应同时受活化反应和扩散传质控制，计算H2CO3还原的总电流密度；
考虑H2O还原受活化反应控制，计算H2O还原的总电流密度；
计算得到各电化学反应总的腐蚀电流密度，根据阳极和阴极反应的电荷平衡计算得到阳极腐蚀电位，并利用阳极腐蚀电位计算出不同时间的阳极腐蚀电流密度，将阳极腐蚀电流密度转换为腐蚀速率与腐蚀深度，最终计算出腐蚀速率；
结合胞外电子传递机制中的细胞色素传递方法，建立还原的电荷转移电流密度方程及/>的传质模型，计算/>还原的极限扩散电流密度，包括如下步骤：
根据式(14)的总电阻方程计算硫酸盐还原产生的总电流密度式(14)如下所示：
其中，为/>还原的总电流密度；/>为/>还原的极限扩散电流密度；为/>还原的电荷转移电流密度；
电子从金属到生物膜的转移速率是跨生物膜的活性电荷转移层的电流密度和金属表面电势的函数，则通过Tafel方程建立的表达式即为式(15)：
其中，rc为电子从金属到生物膜的跨电位降的传输速率；F为Faraday常数；为还原的交换电流密度；α为电子转移系数；E为阳极腐蚀电位；/>为/>还原平衡电位；R为通用气体常数；T为实际工况下的绝对温度；
使用Nerst方程计算见式(16)：
其中，pH为SBR细胞质中的pH值；
最终，如下式(17)：
其中，为细胞色素与生物膜之间电子转移的速率；LB为主动传输层长度；CZ为细胞色素浓度；
由Nernst-Planck方程计算见式(18)：
其中，ne为参与反应的电子数；为生物膜中/>的扩散率；/>为生物膜内的浓度；
通过修正后的Fick第二定律可模拟在生物膜内部的分布，见式(19)：
其中，为生物膜中SRB对/>消耗的速率，通过Monod方程计算，见式(20)：
其中，Km为生物膜中SRB的Monod半速度系数；qmax为最大硫酸盐利用率；Xs为点蚀坑内的SRB浓度；Lf为生物膜厚度；
考虑H2CO3还原反应同时受活化反应和扩散传质控制，对H2CO3的极限扩散电流密度和电荷转移电流密度进行计算，包括如下步骤：
H2CO3还原的总阴极电流密度见式(21)：
其中，为H2CO3还原的总电流密度；/>为H2CO3还原的电荷转移电流密度；为H2CO3还原的极限扩散电流密度；
通过Tafel方程建立计算方程见式(22)：
其中，为H2CO3还原的交换电流密度；bc为Tafel斜率；/>为H2CO3还原的平衡电位；
通过式(10)计算bc：
其中，αc为电子转移系数；
通过式(23)计算
其中，为氢气的分压；
通过式(24)计算
其中，为H2CO3还原的参考交换电流密度；/>为H2CO3还原的活化焓；Tref为参考温度；
通过Vetter方程建立的计算方式见式(25)：
其中，[CO2]b为溶液中溶解的CO2体积浓度；为CO2在水中的扩散率；Khyd为CO2水合反应的平衡常数；/>为CO2水合反应的正向反应速率；
通过式(26)计算[CO2]b：
其中，为CO2的亨利常数；/>为CO2分压；
考虑H2O还原受活化反应控制，对H2O的电荷转移电流密度进行计算，包括如下步骤：
通过Tafel方程对H2O还原的总电流密度进行计算，计算式见式(27)：
其中，为H2O还原的总电流密度；/>为H2O还原的交换电流密度；/>为H2O还原的平衡电位；H2O还原的Tafel斜率与H2CO3还原的Tafel斜率相同；
通过式(28)计算
通过Arrhenius方程计算计算式见式(29)：
其中，为H2O还原的参考交换电流密度；/>为H2O还原的活化焓；
计算得到各电化学反应总的腐蚀电流密度，根据阳极和阴极反应的电荷平衡计算得到阳极腐蚀电位，并利用阳极腐蚀电位计算出不同时间的阳极腐蚀电流密度，将阳极腐蚀电流密度转换为腐蚀速率与腐蚀深度，最终计算出腐蚀速率，包括如下步骤：
通过Tafel方程计算阳极腐蚀电流密度iFe，见式(9)：
其中，iFe为阳极腐蚀电流密度；io,Fe为阳极交换电流密度；为阳极平衡电位；
通过式(12)计算io,Fe：
其中，为Fe的参考交换电流密度；ΔH(Fe)为Fe的活化焓；
根据Faraday第二定律将阳极腐蚀电流密度转换为腐蚀速率Vcorr，见式(13)所示，此处的腐蚀速率Vcorr相当于一维点蚀模型中的点蚀速率；
其中，MFe为铁的原子量；ρFe为铁的密度；
通过电荷平衡方程计算E，见式(30)：
其中，na和nc分别为阳极和阴极反应的总数；ia和ic分别为阳极电荷和阴极电荷；展开后即为式(31)：
通过有限差分法对式(19)求解，得到不同时间下生物膜上浓度，再将T、/>pH、SRB数量分别代入包含该参数的各公式中，将式(15)和(18)代入式(14)得到式(32)，将式(22)和(25)代入式(21)得到式(33)，式(32)和式(33)如下所示：
此时式(9)、式(27)、式(32)和式(33)中的未知数仅为阳极腐蚀电位E；将式(9)、式(27)、式(32)和式(33)通过电荷平衡方程式(31)联立，求解出阳极腐蚀电位E，再以阳极腐蚀电位E作为式(9)的输入，即可求出不同时间的阳极腐蚀电流密度iFe，最后将阳极腐蚀电流密度iFe代入式(13)即可求解腐蚀速率Vcorr。
2.根据权利要求1所述SRB与CO2耦合作用的页岩气集输管道腐蚀速率预测方法，其特征在于，CO2腐蚀的反应方程分别见式(1)和式(2)：
2H2O+2e-→H2+2OH- (2)
SRB腐蚀的氧化反应方程分别见式(3)和(4)：
CH3CHOHCOO-+H2O→CH3COO-+CO2+4H++4e- (3)
4Fe→4Fe2++8e- (4)
SRB腐蚀的还原反应方程见式(5)：
SO4 2-+9H++8e-→HS-+4H2O (5)
SRB与CO2腐蚀的总反应方程分别见式(6)、(7)和(8)：
Fe2++HS-→FeS+H+ (6)
Fe+CO2+H2O→FeCO3+H2 (8)。
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