CN104330320A - 一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，包括一模拟冲蚀箱、一模拟腐蚀箱和一恒流泵；模拟冲蚀箱包括：一第一箱体，一固定在第一箱体内的支座，一支撑在支座上的转轴，一套接在转轴上的滚子，一连接在滚子顶部的承载台，一连接在承载台顶部的挂片槽，一连接在第一箱体外壁上的角度刻度盘，一连接在转轴上的卡刀，以及一连接在第一箱体底部的排管；模拟腐蚀箱包括：一第二箱体，一筛网，多个开设在上腔体侧壁上的凹槽，一设置在第二箱体外一端伸入上腔体的二氧化碳通入管，一设置在第二箱体顶部且伸入下腔体的漏斗，以及一包覆第二箱体外壁的加热装置；排管下端贯穿上腔体伸入下腔体；恒流泵的进口端通过管路连接下腔体，恒流泵的出口端通过管路接通一喷砂喷嘴，喷砂喷嘴贯穿模拟冲蚀箱的第一箱体。

Description

一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，特别是关于一种能够测量油井管柱在冲蚀、腐蚀共同作用下的冲蚀量、腐蚀量以及两者差量的油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置。

背景技术

油井管柱(主要包括钻杆、油管、油套管、防砂管等)在工作环境下不可避免地承受多相流(特别是固、液混合)流体的高速冲蚀和油管内二氧化碳的腐蚀，会导致设备壁厚减薄、承载能力降低，从而带来安全隐患。

实验方法是能够较为准确地预测油井管柱冲蚀量、腐蚀量的方法，目前能够测量油井管柱冲蚀量或腐蚀量的实验装备并不多，主要有：(1)中国专利CN103149144A公开了“一种油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置”，该装置设有高压釜、螺旋给料器、水泵、混合器、喷嘴等。从高压釜出砂至螺旋给料器、出液至水泵，螺旋给料器中的砂和水泵中的液体至混合器混合，再从喷嘴喷出，喷嘴连接所述混合器并且伸入到所述高压釜中；(2)中国专利CN102493767A中也公开了一种用于石油天然气钻井领域的一种气体钻井冲蚀实验方法,该实验方法包括如下步骤：1.首先通过冲蚀介质供给系统提供冲蚀介质(包括纯气体、雾化液、泡沫或充气泥浆)；2.然后通过加热系统给冲蚀介质升温(可升温到120℃),达到模拟井下高温环境的目的；3.通过取样器实时监测冲蚀介质参数(如泡沫质量、半衰期、温度、压力、密度等)；4.最后通过调节冲蚀系统中喷嘴尺寸和金属档板的倾斜幅度完成冲蚀实验。

这两种模拟装置的不足是仅能够通过改变流体冲蚀速率、调节冲蚀角度等条件完成模拟实验样管受到冲蚀的情况，并不能在同一套装置中得到在冲蚀腐蚀共同作用下的冲蚀量、腐蚀量以及冲蚀腐蚀共同作用下的增加量。因此，想要更精确地确定腐蚀、冲蚀共同作用下的油井管柱损失量，就需要在同一装置内同时考虑腐蚀和冲蚀环境。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够测量油井管柱在冲蚀、腐蚀共同作用下的冲蚀量、腐蚀量以及两者差量的油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：它包括一模拟冲蚀箱、一模拟腐蚀箱和一恒流泵；所述模拟冲蚀箱包括：一通过一支架支撑在所述模拟腐蚀箱上方的第一箱体，一固定在所述第一箱体内部的支座，一转动支撑在所述支座上且一端伸出所述第一箱体的侧壁的转轴，一紧固套接在位于所述第一箱体内部的所述转轴上的滚子，一紧固连接在所述滚子的顶部的承载台，一紧固连接在所述承载台的顶部的挂片槽，一紧固连接在所述第一箱体的外壁上且以所述转轴的轴线为圆心的角度刻度盘，一紧固连接在位于所述第一箱体外部的所述转轴上的用于指示所述转轴角度的卡刀，以及一竖直连接在所述第一箱体底部的排管；所述模拟腐蚀箱包括：一第二箱体，一水平设置在所述第二箱体内且将所述第二箱体分隔成一上腔体和一下腔体的筛网，多个等间距开设在所述上腔体侧壁上的用于安装实验挂片的第一凹槽，一设置在所述第二箱体外部且一端伸入所述上腔体的二氧化碳通入管，一设置在所述第二箱体的顶部且底端伸入所述下腔体的漏斗，以及一包覆所述第二箱体的外壁的加热装置；所述排管的下端贯穿所述第二箱体的上腔体伸入所述下腔体；所述恒流泵的进口端通过管路连接所述模拟腐蚀箱的所述下腔体，所述恒流泵的出口端通过管路接通一喷砂喷嘴，所述喷砂喷嘴贯穿所述模拟冲蚀箱的所述第一箱体且朝向所述挂片槽。

在位于所述第二箱体外部的所述二氧化碳通入管上设置有一气体压力表和一调压阀；在位于所述恒流泵与所述喷砂喷嘴之间的管路上设置有一恒流泵控制阀、一液体压力表和一流量计。

所述挂片槽为挂片型挂片槽或油管型挂片槽，所述挂片型挂片槽为顶端开设一用于安装实验挂片的第二凹槽的长方体结构，所述第二凹槽通至所述长方体结构远离所述喷砂喷嘴的一端；所述油管型挂片槽为一圆筒体结构，所述圆筒体结构的内壁上等间隔开设有四个用于安装实验挂片的第三凹槽，所述第三凹槽通至所述圆筒体结构远离所述喷砂喷嘴的一端。

在所述角度刻度盘上沿刻度线方向开设有多个刻槽；在位于所述第一箱体外部的所述转轴上开设有一沿轴线方向的第四凹槽，所述卡刀的一端可移动地置于所述第四凹槽中，在所述转轴上通过螺纹配合一用于将所述卡刀顶紧在所述刻槽中的螺母。

在所述第二箱体顶部设置一贯穿所述第二箱体的所述上腔体伸入所述下腔体的电动搅拌棒。

所述加热装置上设置有一温控器以使所述模拟腐蚀箱中的环境可以加热至预期的实验温度。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置一模拟冲蚀箱、和一模拟腐蚀箱，并由恒流泵为模拟介质提供动力源，使模拟冲蚀箱与模拟腐蚀箱形成循环系统，因此可以在同一装置中、同一条件下测量实验挂片的冲蚀、腐蚀情况，本发明能够测量实验挂片得在冲蚀作用下的冲蚀量、腐蚀作用下的腐蚀量以及共同作用下的损失量与单独冲蚀量/单独腐蚀量的差量，实现了一种装置多种用途。2、本发明可以根据具体的研究内容设置挂片型挂片槽或油管型挂片槽，不仅可以模拟不同角度下挂片的冲蚀腐蚀情况，还可以模拟油管中不同流体形态的冲蚀腐蚀情况。3、本发明由于可向腐蚀模拟箱中的漏斗加入不同粒径的砂砾，因此可模拟25目～120目不同粒径砂砾的冲蚀腐蚀情况。4、本发明由于挂片槽可以旋转一定角度，因此可测得0°～90°不同冲蚀角度下的冲蚀腐蚀情况。5、本发明由于在角度刻度盘上沿刻度线方向开设有多个刻槽，同时在转轴上开一凹槽容置卡刀，并且转轴上通过螺纹配合一用于将所述卡刀顶紧在所述刻槽中的螺母，因此卡刀可以固定在角度刻度盘的刻槽中，能够在冲蚀实验时承受流体冲力，保持挂片槽角度稳定；另外，卡刀可在凹槽中前后活动，在完成一个冲蚀角度的测试实验后，可将卡刀在刻槽上向后移动，从角度刻度盘上撤出，重新固定角度，使变换冲蚀角度十分快捷。

附图说明

图1是本发明采用挂片型挂片槽时的结构示意图；

图2是本发明采用油管型挂片槽时的结构示意图；

图3是本发明采用挂片型挂片槽时的模拟冲蚀箱的主视示意图；

图4是本发明采用挂片型挂片槽时的模拟冲蚀箱的右视示意图；

图5是本发明采用挂片型挂片槽时的模拟冲蚀箱的俯视示意图；

图6是本发明采用油管型挂片槽时的模拟冲蚀箱的主视示意图；

图7是本发明采用油管型挂片槽时的模拟冲蚀箱的右视示意图；

图8是本发明采用油管型挂片槽时的模拟冲蚀箱的左视示意图；

图9是本发明采用油管型挂片槽时的模拟冲蚀箱的俯视示意图；

图10是本发明模拟腐蚀箱的主视示意图；

图11是本发明模拟腐蚀箱的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明包括一模拟冲蚀箱10、一模拟腐蚀箱30和一恒流泵50。

如图3～9所示，本发明的模拟冲蚀箱10包括一箱体11，箱体11通过一支架60支撑在模拟腐蚀箱30的上方，在箱体11内固定有一支座12，支座12上转动支撑一转轴13，转轴13的一端穿过箱体11的侧壁伸到箱体11的外部。在位于箱体1内部的转轴13上紧固套接有一滚子14，在滚子14的顶部紧固连接一承载台15，在承载台15的顶部紧固连接一挂片槽16。在箱体11的外壁上紧固连接一以转轴13的轴线为圆心的角度刻度盘17，在角度刻度盘17上沿刻度线方向开设有多个刻槽18。在位于箱体11外部的转轴13上设置有一用于指示转轴13角度的卡刀19。箱体11的底部接有一竖直方向布置的排管70。

如图1、图2、图10、图11所示，本发明的模拟腐蚀箱30包括一呈圆筒状的箱体31，箱体31内部设置有一水平方向的筛网32，将箱体31分隔为上腔体33和下腔体34。在上腔体33的侧壁上等间隔开设有多个用于安装实验挂片的凹槽35。在箱体31的外部设置有一一端伸入上腔体33的二氧化碳通入管36，在箱体31的顶部设置一底端伸入到下腔体34中的漏斗37，在箱体31的外侧壁包覆有一加热装置38。排管70的下端贯穿箱体31的上腔体33伸入到下腔体34中。

如图1、图2所示，本发明的恒流泵50的进口端通过管路连接模拟腐蚀箱30的下腔体34，恒流泵50的出口端通过管路接通一具有耐腐蚀性的喷砂喷嘴21，喷砂喷嘴贯穿模拟冲蚀箱10的箱体11且朝向挂片槽16。

进一步地，在位于箱体31外部的二氧化碳通入管36上设置有一气体压力表39和一调压阀40；在位于恒流泵50与喷砂喷嘴21之间的管路上设置有一恒流泵控制阀41、一液体压力表42和一流量计43。

进一步地，本发明的挂片槽16可以是挂片型挂片槽(如图3～5所示)，也可以是油管型挂片槽(如图6～9所示)。挂片型挂片槽为顶端开设有一用于安装实验挂片的凹槽16-1的长方体结构，凹槽16-1通至长方体结构远离喷砂喷嘴21的一端；油管型挂片槽为一圆筒体结构，圆筒体结构的内壁上等间隔开设有四个用于安装实验挂片的凹槽16-2，凹槽16-2通至圆筒体结构远离喷砂喷嘴21的一端。当本发明采用挂片型挂片槽时可用于模拟不同角度下挂片的冲蚀腐蚀情况，当本发明采用油管型挂片槽时可用于模拟油管中不同流体形态的冲蚀腐蚀情况，两者的结合可更全面的研究油井管柱中冲蚀腐蚀情况。

进一步地，在位于箱体11外部的转轴13上开设有一沿轴线方向的凹槽(图中未示出)，卡刀19的一端可移动地置于凹槽中，在转轴13上通过螺纹配合有一用于将卡刀19顶紧在刻槽18中的螺母20。实验中需要调整挂片的角度时，首先需将螺母20旋松，使卡刀19沿凹槽滑动，从前一实验角度的刻槽中退出，然后旋转转轴13使卡刀19对准预期的实验角度后，将卡刀推入预期角度的刻槽18中，最后旋紧螺母20。由此可见，卡刀19不仅具有指示挂片实验角度的作用，还具有用于将转轴13定位在实验角度的作用。

进一步地，在箱体31顶部设置一贯穿箱体31上腔体33伸入到下腔体中34的电动搅拌棒44，电动搅拌棒的设置有利于加速冲蚀介质(水、砂、二氧化碳)的混合。

进一步地，加热装置38上设置有温控器45，以使模拟腐蚀箱30中的环境可以加热至预期的实验温度。

本发明的使用及工作过程如下：

1)为模拟井下高温环境，可利用加热装置38给模拟腐蚀箱30底部的冲蚀介质(由水、沙组成)升温，并通过温控器45控制温度；

2)将螺母20旋松，使卡刀19沿凹槽滑动，然后旋转转轴13使卡刀19对准预期的实验角度后，将卡刀19推入预期角度的刻槽18中，最后旋紧螺母20,此时挂片槽16倾斜角度与卡刀19在角度刻度盘上的指示角度一致；

3)冲蚀介质在模拟腐蚀箱30底部经由恒流泵50抽吸至模拟冲蚀箱10中，由恒流泵控制阀41控制流量大小，由液体压力表42记录流体压力，由流量计43记录流体流量；

4)冲蚀介质到达模拟冲蚀箱10时由喷砂喷嘴21喷出，落在挂片槽16上，完成模拟冲蚀实验，并可按照步骤2)将挂片槽调节到不同角度，完成多组模拟冲蚀实验；

5)冲蚀介质在模拟冲蚀箱10中完成冲蚀实验后由排管70流入模拟腐蚀箱30，形成循环；由二氧化碳通入管6向模拟腐蚀箱30中通入二氧化碳，通过调节调压阀40来控制二氧化碳通入量完成模拟腐蚀实验，压力由气体压力表39记录；

6)冲蚀、腐蚀介质(由碳酸溶液、沙组成)在模拟腐蚀箱30底部经由恒流泵50抽吸至模拟冲蚀箱10中，由喷砂耐腐蚀喷嘴21喷出，参照步骤4)完成多组模拟冲蚀腐蚀实验。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：它包括一模拟冲蚀箱、一模拟腐蚀箱和一恒流泵；

所述模拟冲蚀箱包括：

一通过一支架支撑在所述模拟腐蚀箱上方的第一箱体，

一固定在所述第一箱体内部的支座，

一转动支撑在所述支座上且一端伸出所述第一箱体的侧壁的转轴，

一紧固套接在位于所述第一箱体内部的所述转轴上的滚子，

一紧固连接在所述滚子的顶部的承载台，

一紧固连接在所述承载台的顶部的挂片槽，

一紧固连接在所述第一箱体的外壁上且以所述转轴的轴线为圆心的角度刻度盘，

一紧固连接在位于所述第一箱体外部的所述转轴上的用于指示所述转轴角度的卡刀，以及

一竖直连接在所述第一箱体底部的排管；

所述模拟腐蚀箱包括：

一第二箱体，

一水平设置在所述第二箱体内且将所述第二箱体分隔成一上腔体和一下腔体的筛网，

多个等间距开设在所述上腔体侧壁上的用于安装实验挂片的第一凹槽，

一设置在所述第二箱体外部且一端伸入所述上腔体的二氧化碳通入管，

一设置在所述第二箱体的顶部且底端伸入所述下腔体的漏斗，以及

一包覆所述第二箱体的外壁的加热装置；

所述排管的下端贯穿所述第二箱体的上腔体伸入所述下腔体；所述恒流泵的进口端通过管路连接所述模拟腐蚀箱的所述下腔体，所述恒流泵的出口端通过管路接通一喷砂喷嘴，所述喷砂喷嘴贯穿所述模拟冲蚀箱的所述第一箱体且朝向所述挂片槽。

2.如权利要求1所述的一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：在位于所述第二箱体外部的所述二氧化碳通入管上设置有一气体压力表和一调压阀；在位于所述恒流泵与所述喷砂喷嘴之间的管路上设置有一恒流泵控制阀、一液体压力表和一流量计。

3.如权利要求1所述的一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：所述挂片槽为挂片型挂片槽或油管型挂片槽，所述挂片型挂片槽为顶端开设一用于安装实验挂片的第二凹槽的长方体结构，所述第二凹槽通至所述长方体结构远离所述喷砂喷嘴的一端；所述油管型挂片槽为一圆筒体结构，所述圆筒体结构的内壁上等间隔开设有四个用于安装实验挂片的第三凹槽，所述第三凹槽通至所述圆筒体结构远离所述喷砂喷嘴的一端。

4.如权利要求2所述的一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：所述挂片槽为挂片型挂片槽或油管型挂片槽，所述挂片型挂片槽为顶端开设一用于安装实验挂片的第二凹槽的长方体结构，所述第二凹槽通至所述长方体结构远离所述喷砂喷嘴的一端；所述油管型挂片槽为一圆筒体结构，所述圆筒体结构的内壁上等间隔开设有四个用于安装实验挂片的第三凹槽，所述第三凹槽通至所述圆筒体结构远离所述喷砂喷嘴的一端。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：在所述角度刻度盘上沿刻度线方向开设有多个刻槽；在位于所述第一箱体外部的所述转轴上开设有一沿轴线方向的第四凹槽，所述卡刀的一端可移动地置于所述第四凹槽中，在所述转轴上通过螺纹配合一用于将所述卡刀顶紧在所述刻槽中的螺母。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：在所述第二箱体顶部设置一贯穿所述第二箱体的所述上腔体伸入所述下腔体的电动搅拌棒。

7.如权利要求5所述的一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：在所述第二箱体顶部设置一贯穿所述第二箱体的所述上腔体伸入所述下腔体的电动搅拌棒。

8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：所述加热装置上设置有一温控器以使所述模拟腐蚀箱中的环境可以加热至预期的实验温度。

9.如权利要求5所述的一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：所述加热装置上设置有一温控器以使所述模拟腐蚀箱中的环境可以加热至预期的实验温度。

10.如权利要求6所述的一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置，其特征在于：所述加热装置上设置有一温控器以使所述模拟腐蚀箱中的环境可以加热至预期的实验温度。