CN101226134A - 腐蚀室内动态模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种腐蚀室内动态模拟试验装置。其技术方案是：主要由管路系统、温控系统、检测系统、耐腐蚀循环泵、耐腐蚀储罐及控制阀组成；管路系统分两路实现两个流速的腐蚀试验，并可在线观测腐蚀介质的流动状态和腐蚀挂片的状态，在管路上预留了多个测试口；由一台以上的耐腐蚀循环泵为动力，将耐腐蚀储罐内的现场水或配制的模拟水输送到管路中循环，检测系统设有管柱试验装置和挂片试验装置。有益效果是：能够在实验室与现场应用之间进行有效的衔接，实现室内防腐技术成果向现场实际应用的成功过渡，能够对油田现用或新开发的防腐技术、防腐工艺、防腐材料进行评价、筛选，评价筛选的结果与实际应用结果相符。

Description

腐蚀室内动态模拟试验装置

一、技术领域：

本发明涉及一种腐蚀模拟试验装置，特别涉及一种满足动态模拟油田采出水水质及工艺条件复杂多变要求的腐蚀室内动态模拟试验装置。

二、背景技术：

胜利油田经过几十年的开发，目前已进入特高含水开采期，采出液综合含水率达90％以上。由于采出水矿化度高，氯离子含量大，含有二氧化碳、硫化氢、溶解氧、泥沙和硫酸盐还原菌等微生物，再加上水温较高、流速、流态变化等相互作用，对油田油水管线、设备造成严重腐蚀，日益成为制约油田安全生产的主要因素之一，使油田运行成本增加，造成巨大的经济损失，引发安全和环境污染事故。

近年来，我国各油田都针对腐蚀问题投入了大量的人力、物力、财力，进行科研攻关和新技术研究，引进和开发了许多防腐新技术、新工艺和新材料。但是，我们调查发现，油田有关防腐方面的攻关和研究基本上都是围绕某项新的防腐工艺和技术的引进推广展开的。针对新技术的现场应用筛选、评价以及中试研究则很少。由于对油田腐蚀规律及深层腐蚀原因缺乏深入研究，引进和开发的许多防腐新技术、新工艺和新材料不能适应油田采出水腐蚀性强、腐蚀因子成份复杂、变化多端等实际情况，造成现场应用失败，不但给油田造成损失，也挫伤了对防腐新技术、新工艺和新材料的应用积极性。主要表现在：一是目前国内绝大部分腐蚀研究机构和防腐产品生产企业推广的许多防腐新技术、新工艺、新材料、新产品，仍沿用经典的室内静态挂片或电化学试验的方法进行防腐效果评价和成果鉴定，在进入油田生产应用之前，大多没有经过应用前的适应性筛选评价试验。由于传统的静态试验法很难模拟油田实际生产状况，再加上胜利油田油层地质构造复杂，油田各区块采出水组分变化大，工艺流程不同等，造成在试验室试验成功的防腐技术应用到生产之中，往往存在不少问题，甚至出现相反的结果。二是胜利油田地域跨度大，采出水随采出区块的不同而不同，例如：矿化度从5000mg/L到60000mg/L，部分区块还含有CO2、H2S腐蚀性气体等，对一个区块适用的防腐措施在另一个区块不一定适用。三是对每种类型的采出水进行现场试验会造成大量人力、物力和财力的浪费，而且存在试验周期长，受各种客观条件限制等不利因素。因此，我们通过多年的调查研究认为，要经济地、妥善地解决油田采出液的腐蚀问题，首要的问题是开发和利用好现有的防腐技术。国际上一些知名防腐问题研究专家指出：“从现状调研来看，现有的防腐技术很少得到最充分的应用，如果充分利用好现有技术，至少可以使各国的腐蚀损失降低25-30个百分点。”要利用好现有的防腐技术，首先需要尽可能的模拟现场水质及工艺条件对现有的防护技术进行评价筛选，为各种防腐技术的合理应用提供可靠的依据；其次是结合评价筛选研究对一些现有技术进行改进或开发新的适配技术。为此，有必要开展油田采出水腐蚀性模拟实验技术研究，研制开发一套实验室动态腐蚀模拟技术，以便在实验室内对现场水质和工艺条件进行模拟试验，评价各种防腐技术、防腐工艺对油田不同区块腐蚀介质及集输工艺条件的适应性，针对特定环境的腐蚀特点筛选出最经济、合理的防腐措施，让现有和未来新的技术在油田找到合适的应用领域，发挥最大的作用，提高各种防腐新技术、新材料和新工艺的利用价值，并在应用中不断推出性价比更高的新技术和新工艺，最大限度地减少腐蚀损失。

项目研究过程中，我们调研了国内各研究机构和高校的腐蚀模拟装置，经调研及检索，目前国内用于腐蚀模拟试验的方法除传统的静态挂片实验外还有以下装置：(1)中科院金属研究所金属腐蚀与防护实验室设计研制的常压静态模拟试验装置；(2)中科院金属研究所金属腐蚀与防护实验室设计研制的双流速动态腐蚀模拟试验装置，其目的主要是用于科研课题或教学演示，属实验室研究范畴，设计过于简单，试验精度不高，绝大多数属于敞开系统，无法控制溶解氧的干扰，均不能与油田生产实际相结合，不能满足动态模拟油田采出水水质及工艺条件复杂多变的要求。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种与油田生产实际相结合，满足动态模拟油田采出水水质及工艺条件复杂多变要求的腐蚀室内动态模拟试验装置。

其技术方案是：主要由管路系统、温控系统、检测系统、耐腐蚀循环泵、耐腐蚀储罐及控制阀组成；管路系统分两路实现两个流速的腐蚀试验，并可在线观测腐蚀介质的流动状态和腐蚀挂片的状态，在管路上预留了多个测试口；由一台以上的耐腐蚀循环泵为动力，将耐腐蚀储罐内的现场水或配制的模拟水输送到管路中循环，每台泵的入口分别接入一台以上的耐腐蚀储罐且并联，做到既可每个泵单独工作，又可一台以上的泵同时工作，既可每个罐单独供液，又可多个罐同时供液，多泵的出口也并联；检测系统设有管柱试验装置和挂片试验装置。

所述的耐腐蚀储罐由主罐和辅罐组成，并由两台耐腐蚀循环泵为动力，将耐腐蚀储罐内的现场水或配制的模拟水输送到管路中循环，两泵的入口分别接入主罐和辅罐且并联，做到既可每个泵单独工作，又可两个泵同时工作，既可每个罐单独供液，又可2个罐同时供液，两泵的出口也并联。

每个耐腐蚀储罐下部设有盘管加热装置和控温装置，可对介质进行加温控温处理，罐的下端开口，接循环泵，上端设有加料口、进气口、排气口及回流口；耐腐蚀储罐内装有电加热管和热电偶，可根据设定的温度保持罐内介质恒温。

所述的管路系统中由PPR、PVC和有机玻璃管组成，分别安装了温度、压力传感器、pH计、电导率仪和电磁流量计等，可随时监测试验介质的温度、压力、pH值、流量和电导率的变化。

本发明的有益效果是：能够实现单一腐蚀因素的成功控制，为腐蚀规律、腐蚀因素研究提供技术支持。能够在实验室与现场应用之间进行有效的衔接，实现室内防腐技术成果向现场实际应用的成功过渡。能够对油田现用或新开发的防腐技术、防腐工艺、防腐材料进行评价、筛选，评价筛选的结果与实际应用结果相符，满足动态模拟油田采出水水质及工艺条件复杂多变要求。

四、附图说明：

附图1是本发明的流程示意图；

附图2是本发明的投入式挂片试验装置的结构示意图；

附图3是本发明的固定式挂片试验装置的结构示意图；

附图4是本发明的管柱试验装置的结构示意图。

五、具体实施方式：

结合附图，对本发明作进一步的描述：

由管路系统、温控系统、检测系统、耐腐蚀循环泵、耐腐蚀储罐及控制阀组成。管路系统由PPR、PVC和有机玻璃管组成，内径分别为φ65mm和φ100mm，可同时实现两个流速的腐蚀试验，并可在线观测腐蚀介质的流动状态和腐蚀挂片的状态。管线强度高，耐温、耐腐蚀性能良好，管路上预留了18个测试口，便于同时对比试验多种材质和形状的腐蚀试片、进行瞬时腐蚀速度的电化学在线检测。在弯头和立管处也预留了测试口，以便于检测和观察这些部位的腐蚀特性。

装置由两台耐腐蚀循环泵为动力，将耐腐蚀储罐内的现场水或配制的模拟水输送到管路中循环。两泵采用带冷却密封装置的耐磨耐腐砂浆泵，可以耐受现场水含有的机械杂质和人工配制高矿化度水中出现的结晶体的冲击。主泵排量为50m3/h，扬程20m，辅泵排量为20m3/h，扬程10m。两泵的入口管路全部采用内径为φ100mm的玻璃钢管线，分别接入主罐和辅罐且并联，做到既可每个泵单独工作，又可两个泵同时工作，既可每个罐单独供液，又可2个罐同时供液，两泵的出口也并联。为了方便不同的试验目的，管路部分既可以挂片试验区单独运行，又可以管柱试验区单独运行，也可以实现两个试验区同时工作。储罐的材料为玻璃钢，容积约为1.5m3，罐下部设有盘管加热装置和控温装置，可对介质进行加温控温处理。罐的下端开口，接循环泵，上端设有加料口、进气口、排气口及回流口。储罐采用玻璃钢制作，具有良好的防腐蚀效果，防止由于罐材料腐蚀造成罐内腐蚀介质污染。整个储罐密闭性能良好，能够耐一定的气体压力与抽液时产生的负压。储罐内装有电加热管和热电偶，可根据设定的温度保持罐内介质恒温。管路系统中分别安装了温度、压力传感器、pH计、电导率仪和电磁流量计等，可随时监测试验介质的温度、压力、pH值、流量和电导率的变化。

检测系统分为管柱试验区和挂片试验区两部分，分别设有管柱试验装置和挂片试验装置，当然，本领域技术人员也可根据需要设有所熟知的其他试验装备。在防腐室内动态模拟试验装置中，所使用的挂片试验装置分为2种类型，其中投入式挂片试验装置安装使用了2台，固定式挂片试验装置使用了13台。

其中，投入式挂片试验装置参照图2，由投入式挂片头1、球阀2、挂片头取放器3、挂片头固定端4、与管道连接的法兰5和试片6组成，特点是A、可在不停止输送试验介质时，取放挂片，对试验介质的参数无影响；B、一个挂片头上可以挂2片试片；C、可进行小试片的试验，试片宽度不大于15mm，长度不大于65mm，厚度2mm～5mm。

而固定式挂片试验装置参照图3，由法兰7、挂片头8和试片9组成，特点是：A、必须停止输送试验介质后，取放挂片，对试验介质的参数有轻微影响；B、一个挂片头上可以挂3片试片；C、可进行大试片的试验，试片宽度不大于55mm，长度不大于100mm，厚度2mm～5mm。

管柱试验装置的结构示意图参照附图4：特点：A、可试验的金属管柱外径不大于73mm；B、可进行管柱内涂层防腐性能试验，管箍螺纹连接防腐性能试验；C、非金属接头保证了所试验的金属管柱不会受到异金属腐蚀原电池的影响；D、如图按照介质的流动方向一下一上为一组，可同时试验2组4根金属管柱。也可以单独试验一组2根金属管柱。

管柱试验区可以进行不同材质、不同防腐技术的管柱腐蚀动态模拟试验，定性分析不同材质、防腐技术对相应腐蚀介质、腐蚀环境的适应性，评价各种防腐技术在试验介质及工艺条件下的防腐性能优劣；挂片试验区可以利用挂片失重法，定性与定量分析、评价水质组分变化、工艺参数变化对腐蚀的影响或三防药剂效果等，还可进行电化学测试，评价涂层的防腐性能等。

Claims (6)

1.一种腐蚀室内动态模拟试验装置，其特征是：主要由管路系统、温控系统、检测系统、耐腐蚀循环泵、耐腐蚀储罐及控制阀组成；管路系统分两路实现两个流速的腐蚀试验，并可在线观测腐蚀介质的流动状态和腐蚀挂片的状态，在管路上预留了多个测试口；由一台以上的耐腐蚀循环泵为动力，将耐腐蚀储罐内的现场水或配制的模拟水输送到管路中循环，每台泵的入口分别接入一台以上的耐腐蚀储罐且并联，多泵的出口也并联；检测系统设有管柱试验装置和挂片试验装置。

2.根据权利要求1所述的腐蚀室内动态模拟试验装置，其特征是：所述的耐腐蚀储罐由主罐和辅罐组成，并由两台耐腐蚀循环泵为动力，将耐腐蚀储罐内的现场水或配制的模拟水输送到管路中循环，两泵的入口分别接入主罐和辅罐且并联，做到既可每个泵单独工作，又可两个泵同时工作，既可每个罐单独供液，又可2个罐同时供液，两泵的出口也并联。

3.根据权利要求1或2所述的腐蚀室内动态模拟试验装置，其特征是：每个耐腐蚀储罐下部设有盘管加热装置和控温装置，可对介质进行加温控温处理，罐的下端开口，接循环泵，上端设有加料口、进气口、排气口及回流口；耐腐蚀储罐内装有电加热管和热电偶，可根据设定的温度保持罐内介质恒温。

4.根据权利要求1所述的腐蚀室内动态模拟试验装置，其特征是：所述的管路系统中由PPR、PVC和有机玻璃管组成，分别安装了温度、压力传感器、pH计、电导率仪和电磁流量计等，可随时监测试验介质的温度、压力、pH值、流量和电导率的变化。

5.根据权利要求1所述的腐蚀室内动态模拟试验装置，其特征是：所述的挂片试验装置为投入式挂片试验装置。

6.根据权利要求1所述的腐蚀室内动态模拟试验装置，其特征是：所述的挂片试验装置为固定式挂片试验装置。

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