CN101576471A - 在高温高压反应釜中实现多相管流和冲刷腐蚀的试验装置 - Google Patents

在高温高压反应釜中实现多相管流和冲刷腐蚀的试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种在高温高压反应釜中实现多相管流和冲涮腐蚀的试验装置。该试验装置包括设置有旋转轴的高温高压反应釜，所述高温高压反应釜内设置有能与旋转轴一起旋转的内置螺栓，在螺栓的下端装有叶轮；以该内置螺栓为中心轴，安装有带法兰的套筒，套筒通过杆件与釜盖顶端连接；在套筒上端法兰有用于夹持试样的夹具。本发明试验装置主要是用于在高温高压反应釜中模拟油气田生产过程中的腐蚀环境，评价材料在多相管壁流动和冲刷条件下的耐腐蚀性能。

Description

在高温高压反应釜中实现多相管流和冲刷腐蚀的试验装置
技术领域
本发明涉及一种油气田生产过程中所用材料耐腐性评价试验装置，具体是一种评价高温高压高含H2S/CO2油气田生产过程中所用材料在单相或者多相介质管壁流动及冲刷条件下耐蚀性能的试验装置。
背景技术
随着石油工业的发展，石油和天然气井开采深度逐渐提高，井下条件日益恶劣。高温高压H2S/CO2(最高PH2S达到9MPa，最高PCO2达到6MPa，实际温度达到150℃)同时伴有油水两相的冲刷作用的工况会对钻采材料造成强烈侵蚀，材料失效会导致高含硫化氢天然气泄漏事故的发生。H2S是一种剧毒气体，空气中H2S含量超过300ppm将对生命造成危险。因此，对气田用的钻采材料提出了更高的要求。为了考察钻采材料是否满足井下复杂工矿条件限制，在高温高压和高含H2S以及油水两相高速冲刷的环境下是否能够安全可靠，需要对其相关性能进行检测。
现有用于模拟实际冲刷工况的试验方法是将装有试样的夹具固定在高压釜的转轴上，通过试样与轴一起转动模拟腐蚀介质在试样表面的流动。但是这种实验方法无法模拟腐蚀介质在管道内壁轴向的流动状态，因此与材料的实际服役工况有所不同；并且在模拟油水气多相流动和冲刷时，该实验方法也不能将分层的油水气多相介质进行充分均匀的混合；此外该种试验方法不便控制冲刷角度，因此不具备完成模拟多种复杂工况的能力。
因此，有必要设计一种结构简单、能够很好地模拟实际工况条件的新型试验装置。
发明内容
本发明的主要目的在于模拟高温高压高含H2S/CO2油水气多相介质的管壁流动和冲刷腐蚀工况，提供一种结构简单的材料腐蚀评价试验装置，可在该装置中评价材料在油水气多相介质管壁流动和冲刷条件下的耐腐蚀性能，为油田的选材提供指导。
为达上述目的，本发明提供了一种酸性气田用材料腐蚀评价试验装置，该试验装置包括设置有旋转轴的高温高压反应釜，其中，所述高温高压反应釜内设置有能与旋转轴一起旋转的内置螺栓，该内置螺栓的下端安装有带翼型的叶轮，且以该内置螺栓为中心轴，在螺栓外边安有通过杆件固定在反釜顶盖上的套筒。并且在套筒的顶端可以放置用于夹持试样的不同夹具。
本发明的酸性气田用腐蚀试验装置中，能够检测高温高压高含H2S/CO2环境下各种材料的耐冲刷腐蚀性能。该试验装置中，所述内置螺栓上固定的叶轮为液体在克服重力方向上提供试验所需要的加速度，同时也起到混合油水气多相介质的作用；所述内置螺栓外部的套筒通过变径可以提高出口处的流速，同时起到使多相介质形成管壁流动的作用。
另外，本发明的试验装置中，出于对实际工况条件的考虑，可以通过改变叶轮转速和在套筒出口处的夹具形状，从而实现对不同冲刷类型的模拟。
根据发明的具体实施方案，内置螺栓套设在所述旋转轴上，与旋转轴采用螺纹连接，从而可以在电机的带动下随旋转轴在高压釜内旋转。
根据本发明的具体实施方案，所述叶轮、与所述螺栓之间采用螺纹连接；夹具与套筒之间采用螺栓连接；套筒与杆件、杆件与釜盖之间采用螺纹连接。
根据本发明的具体实施方案，在所述套筒上备有不同类型的夹具，以满足对试样进行不同角度的冲刷。
根据本发明的具体实施方案，在位于套筒顶端用于夹持试样的夹具沿内表面圆周上分布有平行于夹具并且等大的凹槽，可将试样直接卡在凹槽中。并且在夹具的上表面设计有盖子，可将试样的上表面与外部环境分开，使试样只有外表面进行冲刷腐蚀试验。
根据本发明的具体实施方案，在位于套筒顶端用于夹持试样的夹具材料为聚四氟乙烯，可以在试样和套筒之间起到绝缘作用，以避免在试样与套筒之间形成电偶对。
根据本发明的优选具体实施方案，所述高温高压反应釜、螺栓、叶轮、套筒以及套筒和釜盖之间的连接杆分别为由哈氏合金制造的高温高压反应釜、、螺栓、叶轮、套筒以及套筒和釜盖之间的连接杆。哈氏合金为专门用于测试金属材料耐硫化氢、二氧化碳腐蚀的合金，具有优良的耐压、耐高温、耐酸、抗腐蚀等性能。
根据本发明的具体实施方案，本发明的试验装置为可以耐受测试压力和温度的装置，优选为耐压0～35MPa、耐温50～350℃、介质流速0～2m/s，或可耐受更广范围温度和压力的试验装置。
本发明的酸性气腐蚀试验装置，可以适用于对不同温度，不同硫化氢以及二氧化碳分压，不同油水比例，不同流速的腐蚀环境进行模拟。
综上所述，本发明的酸性气田用腐蚀试验装置具有以下有益效果：本发明的试验装置适用于对材料在不同冲刷速度，不同冲刷角度不同油水比例的腐蚀条件下对材料的耐腐蚀性能考察试验，可以同时考察多种材料在特定腐蚀环境和腐蚀条件下的腐蚀行为；试验装置结构简单合理，可一次完成多种材料的试验，并保证试验结果具有一定的可比性，能够节约试验时间和资金，提高效率。
附图说明
图1是本发明的内置螺栓、叶轮、套筒及杆件的结构示意图。1-高温高压釜；2-法兰连接杆；3-垫片；4-连接杆螺母；5-套筒；6-转动轴；7-叶轮；8-垫片；9-转动轴螺母
图2是利用本发明的试验装置进行材料腐蚀试验的试验系统结构示意图。10-高温高压釜；20-转动轴；30-油水输送控制装置；40-H2S/CO2输送控制装置；50-温度控制器；60-热电偶；70-加热体

Claims (8)

1.一种油气田生产过程中所用材料耐腐性评价试验装置，该试验装置包括设置有旋转轴的高温高压反应釜，其特征在于：所述高温高压反应釜内设置有能与旋转轴一起旋转的内置螺栓，该螺栓下端带有螺纹可以与叶轮相连接，以转轴为中心设有套筒，套筒通过杆件与釜盖连接固定。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：该内置螺栓套设在所述旋转轴上，与旋转轴采用螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述叶轮为带有翼型的叶轮，并且叶轮在叶片的上方有导流锥，叶轮与内置螺栓为螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：套筒的进口尺寸比出口尺寸大，进口尺寸与叶轮的尺寸相配合，且下端与叶轮下端相平。
5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述套筒的上端带有法兰与杆件之间通过螺纹连接，杆件与釜盖之间通过螺纹连接，夹持试样的夹具与套筒上端的法兰通过螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述夹持试样的夹具带有凹槽，可以将试样直接卡在夹具上。
7.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述夹持试样的夹具带有顶盖可将试样的上表面与腐蚀环境相隔离。
8.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述高温高压反应釜、螺栓、叶轮、套筒、杆件分别为由哈氏合金制造的高温高压反应釜、螺栓、叶轮、套筒、杆件。夹具为聚四氟乙烯制造的夹具。
9根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：该试验装置为耐压0～70MPa、耐温0～350℃的试验装置。叶轮的在纯水条件下提供的最高流速为0～2m/s。
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