CN103868811A

CN103868811A - 用于硫化物应力腐蚀单轴拉伸试验的硫化氢浓度控制装置

Info

Publication number: CN103868811A
Application number: CN201410092541.1A
Authority: CN
Inventors: 余世杰; 袁鹏斌; 周勇其; 李云利; 赵金凤; 龚丹梅
Original assignee: SHANGHAI HAILONG PETROLEUM PIPE MATERIAL INSTITUTE; SHANGHAI HILONG DRILL PIPE CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI HAILONG PETROLEUM PIPE MATERIAL INSTITUTE; SHANGHAI HILONG DRILL PIPE CO Ltd
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明涉及一种用于硫化物应力腐蚀单轴拉伸试验的硫化氢浓度控制装置。它包括试验容器；在试验容器上分别连接硫化氢进气导管与氮气进气导管的一端，在试验容器外的硫化氢进气导管上装有硫化氢进气管开关和硫化氢进气管流量控制器，在试验容器外的氮气进气导管上装有氮气进气管开关和氮气进气管流量控制器；在试验容器上还连接出气导管的一端，在试验容器外的出气导管上装有出气管开关；该试验容器上还连接有pH测量仪。本发明主要解决在不同硫化氢浓度的环境下，依据NACE TM0177标准中的A法对抗硫化氢钻杆进行抗硫性能检测。

Description

用于硫化物应力腐蚀单轴拉伸试验的硫化氢浓度控制装置

技术领域

本发明涉及石油钻杆在进行硫化氢（H2S）腐蚀环境下的试验装置，特别是一种用于硫化物应力腐蚀单轴拉伸试验的硫化氢浓度控制装置。

背景技术

钻杆是石油天然气开采过程中的主要工具，随着我国对能源特别是对天然气这种绿色能源需求的日益增长以及对含硫化氢气田的安全勘探和安全开发,抗硫化氢钻杆的研发逐渐被提到很高的位置。

在国内外钻具生产厂家及研发机构都是采用IRP1.8标准生产的抗硫钻杆，其抗硫化氢应力腐蚀性能是依照NACE TM0177标准中的A法在饱和硫化氢浓度下进行单轴拉伸试验，但在实际油气田开采中，目前一些开采区块的含硫化氢浓度并不高，为一个非饱和状态，而采用IRP1.8标准研发生产出来的抗硫钻杆成本较高，且远高于部分油田服役环境的需求。为了进一步迎合市场需求，如何在非饱和硫化氢浓度下钻杆的抗硫性能为研究的一个热点话题。因此，设计出用于硫化物应力腐蚀单轴拉伸试验的硫化氢浓度控制装置及方法在石油钻杆的设计研发方面具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于硫化物应力腐蚀单轴拉伸试验的硫化氢浓度控制装置，主要解决在不同硫化氢浓度的环境下，依据NACE TM0177标准中的A法对抗硫化氢钻杆进行抗硫性能检测。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于硫化物应力腐蚀单轴拉伸试验的硫化氢浓度控制装置，其特征在于：它包括试验容器；在试验容器上分别连接硫化氢进气导管与氮气进气导管的一端，在试验容器外的硫化氢进气导管上装有硫化氢进气管开关和硫化氢进气管流量控制器，在试验容器外的氮气进气导管上装有氮气进气管开关和氮气进气管流量控制器；在试验容器上还连接出气导管的一端，在试验容器外的出气导管上装有出气管开关；该试验容器上还连接有pH测量仪。

本发明具有如下优点：本发明结构简单，安全可靠，通过计算硫化氢气体在试验溶液中的H离子的电离系数与溶液pH值的对应关系，观察容器上的pH测量计读数，可以来推算试验溶液中硫化氢气体的溶解度，从而可以调节硫化氢气体在试验溶液中的浓度，配置含不同浓度的硫化氢溶液，当溶液中硫化氢气体浓度达到所要求的浓度时，可以关闭装置的进气口与出气口，使得装置呈密封状态，保证溶液中硫化氢气体浓度的恒定，停止硫化氢气体的流入，减少不必要的硫化氢气体消耗。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图中：1.试验容器、2.拉伸载荷试样、3.氮气进气管开关、4.氮气进气管流量控制器、5.氮气进气管、6.硫化氢进气管开关、7.硫化氢进气管流量控制器、8.硫化氢进气管、9.pH测量仪、10.出气导管、11.出气管开关。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了用于硫化物应力腐蚀单轴拉伸试验的硫化氢浓度控制装置，它是满足NACE TM0177标准A法中对于硫化物应力腐蚀单轴拉伸试验的硫化氢浓度控制装置。如图所示：它包括试验容器1；在试验容器 1上分别连接硫化氢进气导管8与氮气进气导管5的一端，在试验容器1外的硫化氢进气导管8上装有硫化氢进气管开关6和硫化氢进气管流量控制器7，在试验容器1外的氮气进气导管5上装有氮气进气管开关3和氮气进气管流量控制器4；在试验容器1上还连接出气导管10的一端，在试验容器1外的出气导管10上装有出气管开关11；该试验容器1上还连接有pH测量仪9。

实施例1，使用本发明装置配置浓度约为0.01mol/L的硫化氢水溶液，步骤如下：

由于硫化氢水溶液为弱酸，在水中的电离如下：

H₂S<-->H⁺+HS^-一级电离常数约为9.5×10^-8

HS^-<-->H⁺+S^2-二级电离常数约为7.1×10^-15

因此可以忽略其二级解离，硫化氢气体在纯净水中可作为一元弱酸电解，假设溶液浓度为C，其H⁺浓度与解离系数及溶液浓度的对应关系如下：

在分析化学中，[H⁺]或[OH^-]计算允许的相对误差一般在±5%以内，当溶液中KaC＞20Kw时，[H⁺]的计算可使用近似公式

[H^{+}] = \frac{- K_{a} + \sqrt{K_{a}^{2} + 4 K_{a} C}}{2}, - - - (1)

当KaC＞20Kw，C/Ka＞400时；上述公式可以精简为

[H^{+}] = K_{a} \sqrt{C} - - - (2)

因此，硫化氢水溶液（氢硫酸）可以根据上述公式（2），可以计算出浓度约为0.01mol/L的硫化氢水溶液，其[H⁺]的浓度约为10^-5，即PH值为5。

配置在试验开始时，打开氮气进气管开关3，并调节氮气进气管流量控制器4对试验溶液进行除氧、除空气。当溶液中氧除干净后，将氮气进气管开关3关闭，同时打开硫化氢进气管开关6，调节硫化氢进气管流量控制器7，控制硫化氢的流速，随着硫化氢气体的充入，观察pH测量仪9读数的变化，如其读数到了上述计算出的值的时候，关闭硫化氢进气管开关6与出气管开关11，使试验容器1进入全密封状态，保持容器中的硫化氢非饱和浓度。

综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种用于硫化物应力腐蚀单轴拉伸试验的硫化氢浓度控制装置，其特征在于：它包括试验容器（1）；在试验容器（1）上分别连接硫化氢进气导管（8）与氮气进气导管（5）的一端，在试验容器（1）外的硫化氢进气导管（8）上装有硫化氢进气管开关（6）和硫化氢进气管流量控制器（7），在试验容器（1）外的氮气进气导管（5）上装有氮气进气管开关（3）和氮气进气管流量控制器（4）；在试验容器（1）上还连接出气导管（10）的一端，在试验容器（1）外的出气导管（10）上装有出气管开关（11）；该试验容器（1）上还连接有pH测量仪（9）。