CN103674822A

CN103674822A - 气液两相流环路腐蚀实验装置

Info

Publication number: CN103674822A
Application number: CN201310626404.7A
Authority: CN
Inventors: 刘立; 尹志福; 朱世东; 张永强; 王珂; 李建东; 刘杰; 司小明; 魏彦林; 方晓君; 吕雷
Original assignee: Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: CN103674822B

Abstract

本发明涉及油气田腐蚀研究领域，特别涉及一种气液两相流环路腐蚀实验装置，适用于油气田生产系统气液两相流对油管在模拟工况条件下的挂片腐蚀实验以及原位腐蚀电化学测试。本发明采用在水平管路内设置实验测试模块，利用电化学工作站和三电极电化学腐蚀测量装置，对实验装置模拟的油气田高温高压流体进行环路腐蚀实验，以获得流动加速腐蚀失重和形貌特征，同时监测工作电极在模拟高温高压流体中的“原位”电化学信号，进而掌握气液两相流环路的腐蚀行为和机理。

Description

气液两相流环路腐蚀实验装置

技术领域

本发明属于油气田腐蚀研究领域，特别涉及一种气液两相流环路腐蚀实验装置，适用于油气田生产系统气液两相流对油管在模拟工况条件下的挂片腐蚀实验以及原位腐蚀电化学测试。

背景技术

在油气田工业生产中，油井产出物多为气液两相甚至多相混合物，通过地面管道集输到集油站或联合处理站。气液两相混输技术在油气生产中随处可见，具有简化工艺、降低基建投资、增加油气产量等优点，是油气集输与储运领域最具挑战性和发展潜力的技术。然而，通常在油气混输过程中，油藏气相介质往往含有CO₂、H₂S等气体或者在油气开发提高采收率时利用CO₂驱油技术而在采出过程中携带出的CO₂气体，其溶解液相后带有严重腐蚀性；另外，随着采油中后期，CO₂和水的含量会逐渐增加，也导致采出液腐蚀性加强。模拟腐蚀工况环境下材料的腐蚀规律和机理往往不同于室温常压环境下试验得到的腐蚀规律和机理，过去研究气液两相流或多相流的腐蚀行为、特征和机理时往往利用旋转圆盘实验装置、冲击射流实验装置、高温高压反应釜来完成，这与实际油气生产过程中气液两相流水动力性质有显著差别，同时利用常规电化学工作站进行的腐蚀电化学测试也不能按照模拟工况条件来进行，从而影响了气液两相流流动加速腐蚀研究数据的精确性和实际参考价值。

发明内容

为解决现有技术所采用的实验装置所模拟的工况条件与实际生产中的气液两相流水动力性质存在明显差异，导致研究数据的精确性和实际参考价值降低等缺陷，本发明提供一种气液两相流环路腐蚀实验装置，在水平管路内设置实验测试模块，利用电化学工作站和三电极电化学腐蚀测量装置，对实验装置模拟的油气田高温高压流体进行环路腐蚀实验，以获得流动加速腐蚀失重和形貌特征，同时监测工作电极在模拟高温高压流体中的“原位”电化学信号，进而掌握气液两相流环路的腐蚀行为和机理。

本发明通过如下技术方案实现：

一种气液两相流环路腐蚀实验装置，包括气相流管路、液相流管路和气液两相流混合管路；其中气相流管路通过管线依次连接有储气罐、控制阀一、气体稳压罐、气体调节阀、气体流量计和气液混合器；液相流管路通过管线依次连接有储液罐、控制阀三、主液泵、液体调节阀一、液体流量计、控制阀四和气液混合器；气液两相流混合管路通过管线依次连接有气液混合器、实验测试模块、控制阀二和储液罐；储液罐上安装有电加热器。

进一步的，实验测试模块包括电化学工作站、信息采集系统和三电极电化学腐蚀测量装置，信息采集系统通过信号传导线与电化学工作站相连，三电极电化学腐蚀测量装置安装在实验测试模块管路侧壁的孔内，并通过信号传导线与电化学工作站的对应接口相连。

进一步的，三电极电化学腐蚀测量装置的数目至少为两个，均匀布置在实验测试模块管路上，并分别与电化学工作站的对应接口相连，测试实验测试模块内的电流、电位等数据。

进一步的，三电极电化学腐蚀测量装置包括工作电极组件、辅助电极组件和Ag/AgCl参比电极组件，三个电极组件通过金属支座固定在实验测试模块管路侧壁的孔内，并在金属支座上呈倒锥体布置，相对金属支座端面的圆心中心对称，金属支座的内表面与管道内壁密封平齐；工作电极组件、辅助电极组件和Ag/AgCl参比电极组件的结构相同，均采用电极通过胶粘镶嵌在绝缘固定件内，并用压盖螺帽将绝缘固定件固定在金属支座上；圆柱钢棒依次穿过压盖螺帽和绝缘固定件与电极上表面接触，圆柱钢棒外表面附有绝缘涂层或套有绝缘空心套管，其顶端通过螺母紧固，并通过信号传导线与电化学工作站的对应接口相连。

进一步的，压盖螺帽分别与螺母和绝缘固定件之间的圆柱钢棒上还套有圆环密封圈。

上述任一技术方案中实验装置的气液两相流混合管路末端的储液罐还通过管线依次与控制阀六和余气处理装置连接。

进一步的，本发明还包括液相流补充管路，通过管线依次连接有补充液罐、控制阀五、辅助液泵和液体调节阀二，液体调节阀二通过管线与气液两相流混合管路中控制阀二与储液罐之间的管线连通。

进一步的，储气罐和补充液罐还分别连有气体补充阀和液体补充阀，气体稳压罐和储液罐还分别连有排气阀和排液阀。

进一步的，电加热器加热后气液两相流环路管线内的温度为20~60 oC，气液两相流充分混合后管路内的压力为1~5 atm，气体流速为0~5 m/s，液体流速为0 ~2 m/s。

进一步的，实验测试模块内的管路内径为30 mm，电极的尺寸为Φ15 mm × 5 mm或Φ10mm × 5 mm。

本发明采用在水平管路内设置实验测试模块，利用电化学工作站和三电极电化学腐蚀测量装置，对实验装置模拟的油气田高温高压流体进行环路腐蚀实验，以获得流动加速腐蚀失重和形貌特征，同时监测工作电极在模拟高温高压流体中的“原位”电化学信号，进而掌握气液两相流环路的腐蚀行为和机理。

附图说明

图1为本发明实验装置的连接示意图；

图2为本发明中实验测试模块的连接示意图；

图3为本发明中三电极电化学腐蚀测量装置的安装布置示意图；

图4为图3中金属支座的俯视图。

其中，1：气体补充阀；2：储气罐；3：控制阀一；4：排气阀；5：气体稳压罐；6：气体调节阀；7：气体流量计；8：管线；9：气液混合器；10：实验测试模块；11：控制阀二；12：储液罐；13：电加热器；14：排液阀；15：控制阀三；16：主液泵；17：液体调节阀一；18：液体流量计；19：控制阀四；20：液体调节阀二；21：辅助液泵；22：控制阀五；23：补充液罐；24：液体补充阀；25：控制阀六；26：余气处理装置；27：电化学工作站；28：信息采集系统；29：信号传导线；30：三电极电化学腐蚀测量装置；31：金属支座；32：电极；33：绝缘固定件；34：圆环形密封圈；35：压盖螺帽；36：螺母；37：圆柱钢棒；38：工作电极组件；39：辅助电极组件；40：Ag/AgCl参比电极组件；A：气液两相流方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种气液两相流环路腐蚀实验装置，参照图1所示，包括气相流管路、液相流管路和气液两相流混合管路；其中气相流管路通过管线依次连接有储气罐2、控制阀一3、气体稳压罐5、气体调节阀6、气体流量计7和气液混合器9；液相流管路通过管线依次连接有储液罐12、控制阀三15、主液泵16、液体调节阀一17、液体流量计18、控制阀四19和气液混合器9；气液两相流混合管路通过管线依次连接有气液混合器9、实验测试模块10、控制阀二11和储液罐12；储液罐12上安装有电加热器13。

根据实验流程，首先打开控制阀三15，经电加热器13加热控制到一定实验温度的液体介质从储液罐12中流出后，经由主液泵16提供压力进行泵液，经液体调节阀一17调节流量，并由液体流量计18进行测量，然后经控制阀四19流入气液混合器。与此同时，打开控制阀一3，气体介质从储气罐2中靠自身压力排放出气体介质，并通入气体稳压罐5经稳压后，打开其后的气体调节阀6，气体介质经气体流量计7测量后流至气液混合器9。此时，气液两相在气液混合器9中混合，形成油气田地层下高温高压气液两相混合的模拟环境。气液两相实验介质充分混合后，经由管线进入实验测试模块10进行相关的腐蚀测试。之后经控制阀二11进入储液罐12中，其中，液体介质将循环使用。本发明采用水平管路模拟油气田地层下高温高压气液两相混合状态，进行环路腐蚀实验，更贴近油气实际生产工况，包括介质流态和介质流动性等，能够更真实精确的反映腐蚀数据。

如图2所示，上述实验测试模块包括电化学工作站27、信息采集系统28和三电极电化学腐蚀测量装置30，信息采集系统28通过信号传导线29与电化学工作站27相连，至少两套三电极电化学腐蚀测量装置30均匀安装在实验测试模块10中管路侧壁的孔内，并通过信号传导线29分别与电化学工作站27的对应接口相连。其中，电化学工作站27可采用常规电化学仪器，如美国EG&G生产的M237A恒电位仪和M5210锁相放大器；信息采集系统28为与计算机和电化学工作站27配套使用的数据收集分析软件，如M352电化学测试软件及分析软件ZsimWin；每个三电极电化学腐蚀测量装置30可以同时或按不同时段对试样进行腐蚀测试，如开路电位、线性极化、动电位极化或循环极化等，从而获得同一时段不同位置或不同时间段试样腐蚀过程中的腐蚀电位、腐蚀电流密度、阴极斜率和阳极斜率，甚至点蚀电位等参数。

当整个环路系统开启稳定后，开启电化学工作站27和信息采集系统28，三电极电化学腐蚀测量装置30将会开始进行电位、极化、阻抗等测试，信息采集系统28即可收到开路电位、极化曲线、阻抗谱等数据。

如图3、图4所述，上述三电极电化学腐蚀测量装置30包括工作电极组件38、辅助电极组件39和Ag/AgCl参比电极组件40，三个电极组件通过金属支座31固定在实验测试模块10管路侧壁的孔内，并在金属支座31上呈倒锥体布置，相对金属支座31端面的圆心中心对称，金属支座31的内表面与管道内壁密封平齐。

其中，工作电极是实验测试所用的试样及发送反应数据的场所。参比电极作为基准用来测量其他电极的过电位，而Ag/AgCl在较高压力环境下具有较好稳定性，目前其他参比电极一般很难实现。辅助电极通过电流实现对电极极化的研究。

工作电极组件38、辅助电极组件39和Ag/AgCl参比电极组件40的结构相同，均采用电极32通过胶粘镶嵌在绝缘固定件33内，并用压盖螺帽35将绝缘固定件33固定在金属支座31上。采用绝缘固定件33和压盖螺帽35配合固定电极32，能够保证稳定测试、测试曲线平、提高腐蚀结果的精确性，而且方便安装电极32。绝缘固定件33可以采用合成塑料橡胶树脂类物质，如聚四氟或聚乙烯等。圆柱钢棒37依次穿过压盖螺帽35和绝缘固定件33与电极32上表面接触，用来传输电极32上的信号响应。圆柱钢棒37外表面附有绝缘涂层或套有绝缘空心套管，如聚乙烯树脂等，以防圆柱钢棒37与金属支座31等其他金属件接触，避免反馈的信号不真实。圆柱钢棒37顶端通过螺母36紧固，并通过信号传导线29与电化学工作站27的对应接口相连。

另外，压盖螺帽35分别与螺母36和绝缘固定件33之间的圆柱钢棒37上还套有圆环密封圈34，保证三电极电化学腐蚀测量装置30内的密封性。

在上述实施例的基础上，气液两相流混合管路末端的储液罐12还通过管线依次与控制阀六25和余气处理装置26连接。进入储液罐12的余气可以经控制阀六25进入余气处理装置26进行相关处理，以此降低储液罐12中的压力，保证储液罐12中的气体介质能够尽可能地被释放。所述余气处理装置26用于收集储液罐12排出的尾气，可采用密封的立方容器，容器内盛放有易吸收该尾气的溶液。

同时，本发明还包括液相流补充管路，通过管线依次连接有补充液罐23、控制阀五22、辅助液泵21和液体调节阀二20，液体调节阀二20通过管线与所述气液两相流混合管路中控制阀二11与储液罐12之间的管线连通。储气罐2和补充液罐23还分别连有气体补充阀1和液体补充阀24，气体稳压罐5和储液罐12还分别连有排气阀4和排液阀14。当储液罐12中的实验液体介质使用一定时间后，可以借助排液阀14进行排放，然后再打开液相流补充管路中的控制阀五22，补充液罐23中的液相介质通过辅助液泵21泵送，并经液体调节阀二20调节流量后补充入储液罐12。补充液罐23中的液相介质可由外置液源经液体补充阀24得到补充。而储气罐2中的气体介质则可由外置气源经气体补充阀1得到补充。最后，当需要更换其他实验介质时，则可先通过储液罐12和储气罐2的排放阀4和14进行排放，然后再往罐体加入所需的实验气体和液体介质即可。

此外，本发明中的电加热器13可控制气液两相流环路管线内的液体温度保持在20~60 oC。由于不同油田、不同区块的井下温度差异很大，有的几十度，有的一百多度，此处选择20~60 oC模拟井下温度的平均水平。同时，气液两相流充分混合后管路内的压力为1~5 atm，即0.1~0.5 Mpa。由于实验期间要求管线内保持稳定的信号传递，故将压力范围设在此范围，保证实验数据的准确性。

其中，管线内气体流速为0~5 m/s，液体流速为0 ~2 m/s，实验时，可根据需要调整气液两相流的流速关系，依次来研究不同气液流速对腐蚀的影响。

另外，实验测试模块10内的管路内径为30 mm，便于三电极电化学腐蚀测量装置30在管壁上的安装和整体布局。三电极电化学腐蚀测量装置30中的电极32尺寸为Φ15 mm × 5 mm或Φ10mm × 5 mm，与实验测试模块10内的管路配合使用，便于电极32在金属支座31上的安装和排布，保证三电极组件之间处于合理的距离，确保实验数据的准确性。

在试验开始前，先准备储液罐12和储气罐2内的液体和气体，检查阀门和泵安全性，再检查各循环管路的气密性以及电加热器13。当一切正常无误后，开始打开运行整个环路的两相流，使得环路管线内的气体压力、液体温度及流动速度达到试验要求。之后，将连接好的三电极电化学腐蚀测量装置30连接到电化学工作站27和信息采集系统28，然后根据实验要求开启信息采集系统28的软件，从而获得试样（即工作电极）在不同时间段腐蚀的实时状况，从而掌握不同工况下的腐蚀行为及规律。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims

1.气液两相流环路腐蚀实验装置，其特征在于，包括气相流管路、液相流管路和气液两相流混合管路；其中所述气相流管路通过管线依次连接有储气罐、控制阀一、气体稳压罐、气体调节阀、气体流量计和气液混合器；所述液相流管路通过管线依次连接有储液罐、控制阀三、主液泵、液体调节阀一、液体流量计、控制阀四和气液混合器；所述气液两相流混合管路通过管线依次连接有气液混合器、实验测试模块、控制阀二和储液罐；所述储液罐上安装有电加热器。

2.根据权利要求1所述的气液两相流环路腐蚀实验装置，其特征在于，所述实验测试模块包括电化学工作站、信息采集系统和三电极电化学腐蚀测量装置，所述信息采集系统通过信号传导线与电化学工作站相连，所述三电极电化学腐蚀测量装置安装在实验测试模块管路侧壁的孔内，并通过信号传导线与电化学工作站的对应接口相连。

3.根据权利要求2所述的气液两相流环路腐蚀实验装置，其特征在于，所述三电极电化学腐蚀测量装置的数目至少为两个，均匀布置在实验测试模块管路上，并分别与电化学工作站的对应接口相连，测试实验测试模块内的电流、电位数据。

4.根据权利要求3所述的气液两相流环路腐蚀实验装置，其特征在于，所述三电极电化学腐蚀测量装置包括工作电极组件、辅助电极组件和Ag/AgCl参比电极组件，三个电极组件通过金属支座固定在实验测试模块管路侧壁的孔内，并在金属支座上呈倒锥体布置，相对金属支座端面的圆心中心对称，所述金属支座的内表面与管道内壁密封平齐；所述工作电极组件、辅助电极组件和Ag/AgCl参比电极组件的结构相同，均采用电极通过胶粘镶嵌在绝缘固定件内，并用压盖螺帽将绝缘固定件固定在金属支座上；所述圆柱钢棒依次穿过压盖螺帽和绝缘固定件与电极上表面接触，圆柱钢棒外表面附有绝缘涂层或套有绝缘空心套管，其顶端通过螺母紧固，并通过信号传导线与电化学工作站的对应接口相连。

5.根据权利要求4所述的气液两相流环路腐蚀实验装置，其特征在于，所述压盖螺帽分别与螺母和绝缘固定件之间的圆柱钢棒上还套有圆环密封圈。

6.根据权利要求1-5任一所述的气液两相流环路腐蚀实验装置，其特征在于，所述气液两相流混合管路末端的储液罐还通过管线依次与控制阀六和余气处理装置连接。

7.根据权利要求6所述的气液两相流环路腐蚀实验装置，其特征在于，还包括液相流补充管路，通过管线依次连接有补充液罐、控制阀五、辅助液泵和液体调节阀二，所述液体调节阀二通过管线与所述气液两相流混合管路中控制阀二与储液罐之间的管线连通。

8.根据权利要求7所述的气液两相流环路腐蚀实验装置，其特征在于，所述储气罐和补充液罐还分别连有气体补充阀和液体补充阀，所述气体稳压罐和储液罐还分别连有排气阀和排液阀。

9.根据权利要求8所述的气液两相流环路腐蚀实验装置，其特征在于，所述电加热器加热后气液两相流环路管线内的温度为20~60 oC，气液两相流充分混合后管路内的压力为1~5 atm，气体流速为0~5 m/s，液体流速为0 ~2 m/s。

10.根据权利要求9所述的气液两相流环路腐蚀实验装置，其特征在于，所述实验测试模块内的管路内径为30 mm，所述电极的尺寸为Φ15 mm × 5 mm或Φ10mm × 5 mm。