CN102879321B - 一种模拟井下封隔器胶筒在高温高压下的腐蚀测试方法 - Google Patents

一种模拟井下封隔器胶筒在高温高压下的腐蚀测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟井下封隔器胶筒在高温高压下的腐蚀测试方法。其特征是：在高压釜内放置模拟试样，模拟试样由封隔器胶筒、螺栓、螺母组成，封隔器胶筒套于螺栓上，螺母与螺栓配合，旋紧螺母可使螺栓上的胶筒产生变形并与高压釜壁紧密接触，将高压釜分隔为上部和下部。由高压釜上部的进气管线通入试验气体，由高压釜下部的进液管线通入试验液体，以模拟封隔器胶筒一面接触气相而另一面接触液相的工况。通入的试验气体及试验液体的种类及其压力、温度均可改变。采用不同的胶筒材料可分别测试试验材料在试验工况下的腐蚀情况。施加不同压缩载荷可分别测试不同膨胀状态下胶筒材料的耐蚀性能。本发明较真实地模拟了井下工况，测试结果较准确。

Description

一种模拟井下封隔器胶筒在高温高压下的腐蚀测试方法
技术领域
本发明涉及模拟油气井封隔器胶筒在井下的腐蚀测试方法。
背景技术
在石油工业的开采作业中，常在油管和套管之间安装封隔器，利用封隔器胶筒径向扩张变形分隔产层、隔绝井内液体和压力，以满足油气开采或井下作业的需要。
近年来，随着深井、超深井，特别是酸性深井、超深井的开发，封隔器胶筒的服役环境非常恶劣，长期处于高温、高压环境中，同时还受到硫化氢、蒸汽、酸等的腐蚀破坏。在高温、高压、高含硫化氢和二氧化碳条件下，封隔器胶筒容易发生油溶胀、老化、过度交联等现象，从而导致胶筒材料硬度上升、强度下降、弹性下降，胶筒与套管之间的弹性接触应力被释放，腐蚀性介质窜入油套环空，直接威胁到操作人员和油气井井筒安全。
因此，研究封隔器胶筒在高温高压的腐蚀环境中的性能非常必要。目前，对封隔器胶筒的室内试验研究，主要有耐流体浸蚀试验、应力松弛试验等，均是采用浸泡的方法测试胶筒橡胶耐腐蚀性能，包括完全浸没法和单面接触法。
上述腐蚀测试方法存在以下问题：
（1）现有的封隔器胶筒腐蚀测试方法未模拟真实的井下高温高压腐蚀环境，使得测试结果不能准确地反映封隔器胶筒在井下的腐蚀情况；
（2）现有的测试方法，封隔器胶筒在腐蚀测试时处于自由状态，而封隔器胶筒的实际工作状态是处于复杂的应力状态；
（3）现有的封隔器胶筒腐蚀测试方法只是单一地进行气相或者液相的腐蚀测试，未模拟井下封隔器胶筒两侧分别受气液两相腐蚀的实际工况。
为解决模拟现场工作状态下对封隔器胶筒的腐蚀测试问题，本发明提出一种封隔器胶筒在高温高压下的腐蚀测试方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟井下封隔器胶筒在高温高压下的腐蚀测试方法。
本发明采用了以下技术方案：在高压釜内放置模拟试样，模拟试样由封隔器胶筒、螺栓、螺母组成，封隔器胶筒套于螺栓上，螺母与螺栓配合，旋紧螺母可使螺栓上的胶筒产生变形并与高压釜内壁紧密接触，将高压釜分隔为上部和下部。由高压釜上部的进气管线通入试验气体，由高压釜下部的进液管线通入试验液体，以模拟封隔器胶筒一面接触气相而另一面接触液相的工况。
通入的试验气体及试验液体的种类及其压力、温度均可改变。采用不同的封隔器胶筒材料可分别测试试验材料在试验工况下的腐蚀情况。施加不同压缩载荷可分别测试不同膨胀状态下胶筒材料的耐腐蚀性能。
本发明的优点是：
（1）较真实地模拟了井下高温高压的腐蚀环境，使测试结果更加准确；
（2）模拟了封隔器两侧分别受气、液相腐蚀的工况，使测试结果更加真实；
（3）可测试不同材质的封隔器胶筒在不同温度压力的气、液体下的腐蚀情况；
（4）可测试胶筒材料在不同压缩载荷引起的不同膨胀状态下的耐腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明实验装置结构示意图。
图2为试样A示意图。
图3为螺栓3示意图。
图4为螺母4示意图。
具体实施方式
参看图1，在高压釜1内放置模拟试样A，模拟试样A用支架9支撑。模拟试样A由封隔器胶筒2、螺栓3、螺母4组成。封隔器胶筒2套于螺栓3上，螺母4与螺栓3配合，旋紧螺母4可使螺栓3上的封隔器胶筒2产生变形并与高压釜1紧密接触，将高压釜1分隔为上部和下部。由高压釜1上部的进气管5通入试验气体，由高压釜1下部的进液管线6通入试验液体，使封隔器胶筒2上部与气相接触，而下部与液相接触。
试样A的拧紧过程在釜中进行。将试样A置于支架9上，用拧紧工具固定螺栓3、拧紧螺母4，使胶筒2产生变形并与高压釜1紧密接触。
通入的试验气体及试验液体的种类和压力、温度均可根据试验需要而改变。试验液体可采用环空保护液、柴油；试验气体可采用H2S、CO2、CH4、N2或混合气体；试验压力为常压到70MPa；试验温度为常温到200℃。采用不同的封隔器胶筒材料可分别测试该材料在试验工况下的腐蚀情况，通常采用的封隔器胶筒材料为氟硅橡胶、氟碳橡胶、丁晴橡胶等。施加不同压缩载荷可分别测试不同膨胀状态下胶筒材料的耐腐蚀性能。
高压釜1的釜体和釜盖均采用耐蚀合金钢制造。高压釜外有加热层7，隔热层8。加热层7采用电阻丝加热，隔热层8采用玻璃纤维隔热。
如果采用多个高压釜并联，可试验不同的封隔器胶筒材料在相同的气、液相作用下的腐蚀情况。
实施例1：运用此方法，进行了氟碳橡胶，氟硅橡胶和四丙氟橡胶（AFLAS）胶筒在120℃的腐蚀试验。气相介质为20vol%H2S、5vol%CO2、75vol%CH4，压力60MPa；液相介质为Cl-含量50000ppm的NaCl溶液，压力20MPa。试验时间168小时。试验过程中氟碳橡胶和氟硅橡胶密封功能均失效，取出后观察到氟碳橡胶、氟硅橡胶胶筒变形、破损；四丙氟橡胶（AFLAS）胶筒密封功能良好，变形较小。
实施例2：在温度90℃，气相介质为CO2，气相压力35MPa；液相介质为Cl-含量6217mg/L的NaCl溶液，液体压力20MPa的条件下进行四丙氟橡胶（AFLAS）胶筒腐蚀实验，试验时间168小时。四丙氟橡胶（AFLAS）胶筒密封功能良好。

Claims (3)

1.一种模拟井下封隔器胶筒在高温高压下的腐蚀测试方法，其特征在于：在高压釜（1）内放置模拟试样（A），模拟试样（A）由封隔器胶筒（2）、螺栓（3）、螺母（4）组成，封隔器胶筒（2）套于螺栓（3）上，螺母（4）与螺栓（3）配合，旋紧螺母（4）可使螺栓（3）上的胶筒（2）产生变形并与高压釜（1）的内壁紧密接触，将高压釜（1）分隔为上部和下部，由高压釜（1）上部的进气管线（5）通入试验气体，由高压釜（1）下部的进液管线（6）通入试验液体，以模拟封隔器胶筒一面接触气相而另一面接触液相的工况。
2.根据权利要求1所述的一种模拟井下封隔器胶筒在高温高压下的腐蚀测试方法，其特征在于：高压釜（1）外壁设置有加热层（7）和隔热层（8），高压釜（1）的釜体和釜盖均采用耐蚀合金钢制造。
3.根据权利要求1所述的一种模拟井下封隔器胶筒在高温高压下的腐蚀测试方法，其特征在于：试验压力在常压到70MPa之间，试验温度在常温到200℃之间。
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