CN104913979B - 一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置及试验方法，属于金属防腐涂层性能检测技术领域。实验装置主要由加热系统、温度控制系统、加压系统、压力测量系统、高压阀门及管路组成。试验方法的主要步骤是将待检验的涂层试样放入试验桶中，随后将试验桶盖密封好，通过加压泵和加热系统对试验桶进行加温加压，桶内温度和压力达到规定条件后,再按照实验要求的时间保温保压，直到实验结束。最后，取出试样、检验涂层各项性能变化情况。本发明能够真实模拟防腐涂层在油气开采过程中应用时，所遇到的高温高压环境，为实验室内准确高效的评价防腐涂层耐高温高压性能提供了新的方法和依据。

Description

一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于金属防腐涂层性能检测技术领域。

背景技术

用于石油天然气钻采过程中，需要大量使用金属管材。这些金属管材需要承受油气钻采过程中伴随的各种腐蚀性介质的腐蚀作用。随着油气勘探向纵深发展，地质条件日益复杂，高温高压、高腐蚀环境、海洋环境等苛刻工况更是对金属管材的耐腐蚀性能提出了更高的要求。目前对石油管材管壁进行防腐涂层是减缓石油管材腐蚀的有效途径之一。为了防腐涂层的使用效果，国内外许多研究机构建立了防腐涂层的耐磨损、耐酸碱、附着力及涂层抗拉伸性能的模拟试验装置，但是这些试验都是在常温常压条件下进行的，没有针对防腐涂层经过高温高压性能检测评价装置及方法的报道。本发明是一套能够真实模拟防腐涂层在油气开采过程中应用时所遇到的高温高压环境，可以准确评价不同温度、压力对防腐涂层现场应用性能的影响的装置及方法，为实验室内准确高效的评价防腐涂层耐高温高压性能提供了新的方法和依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置及试验方法，试验装置能够真实模拟防腐涂层在油气开采过程中应用时所遇到的高温高压环境，可以准确评价不同温度、压力对防腐涂层现场应用性能影响。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置，其特征在于包括敞口的试验桶，所述的试验桶的侧面设有进气口、进液口和放气口，在试验桶的底面设有放液口，在试验桶外侧包围有加热桶，加热桶的外侧设有保温套，所述的试验桶、加热桶和保温套的上开口面平齐，其中进气口、进液口、放气口和放液口贯穿试验桶、加热桶和保温套，把外界和试验桶内腔连通，在放气口和放液口的管路上设有压力表和阀门，所述的进气口和进液口分别与外部的体加压泵和液体加压泵连通；在试验桶内部设有涂有防腐涂层的试样，在试验桶的开口处设有胀紧盖，所述的胀紧盖中心预留孔内设有测温热电偶，测温热电偶的下端插入试样内部，测温热电偶和加热桶均与外界的温控仪电连接。

对上述结构作进一步限定，所述的胀紧盖与试验桶的内腔壁紧密配合，在胀紧盖的外侧套接有压盖和胀紧锁母，其中压盖通过螺栓固定在试验桶的上表面，胀紧锁母压于压盖上，并且与胀紧盖螺纹配合。

对上述结构作进一步限定，所述的压盖上设有顶丝，所述的顶丝穿过压盖，并且与试验桶的上表面接触。

对上述结构作进一步限定，所述的试验桶、胀紧盖和压盖的接触位置设有密封圈，所述的密封圈为胀紧式耐高温密封结构，所述的密封圈和胀紧盖接触面为锥面，当试验桶内压力升高时，胀紧盖在试验桶内压力作用下向上移动，并将密封圈胀大，最终使密封圈与试验桶压紧。

利用上述试验装置的试验方法，包括如下步骤：

步骤一：按照防腐涂层生产工艺要求对试样进行喷砂除锈处理，并在试样上喷涂防腐涂层，按照工艺要求完成防腐涂层烘烤固化，并按照试验要求完成试样的各性能指标检验；

步骤二：关闭放液阀，拆下螺栓和压盖，使放气阀处于开启状态，清洁试验桶和密封圈；

步骤三：将防腐涂层试样放入试验桶内，安装好带有胀紧盖、胀紧锁母的压盖，并拧紧螺栓，将测温热电偶插入胀紧盖中心预留测温孔中；

步骤四：开启进液阀和液体加压泵，向试验桶加入配制好的腐蚀介质溶液；如果试验要求腐蚀介质为气体，则开启进气阀和气体加压泵，向试验桶加入腐蚀气体，在加压泵运转时，通过第二压力表观察试验桶内压力的增长，第二压力表读数达到所要求的试验压力后关闭加压泵和相应阀门；

步骤五：打开温控仪电源开关，参照温控仪使用说明书设定温度至需要值，温控仪自动控制加热桶对试验桶加热，并通过测温热电偶实时监测试验桶内实际温度，最终使试验恒温到所设定温度值，并按设定时间完成保温过程；

步骤六：关闭温控仪电源，待试验桶内温度下降到80℃以下，打开放气阀和放液阀，以一个均匀的速度在15-30分钟内将试验桶内气体和液体放出；

步骤七：用专用扳手松开螺栓,再用扳手拧开压盖上的顶丝,将压盖连同胀紧盖和密封圈从试验桶中顶出；

步骤八：取出试样，对试样进行评价；评价防腐涂层是否有膨胀、变软、起泡和附着力变化的现象，并做好试验记录、出具试验报告。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）本发明利用加热桶加热，利用温控仪来控制加热温度，利用液体和气体加压泵配合压力表来控制测试环境压力，三个方面共同作用于试样，来真实模拟防腐涂层在油气开采过程中所处工况，从而实现准确评价不同温度、压力对防腐涂层现场应用性能的影响；

（2）本发明中的实验装置的密封采用胀紧式密封结构，使用螺栓将套在一起的压盖、密封圈、胀紧盖、胀紧锁母装配组成试验桶盖安装到试验桶上，密封圈和胀紧盖接触面为锥面，从而实现试验桶内温度和压力越高，胀紧芯棒对密封圈的扩张力也就越大，装置密封性能也相应增强，保证在桶内压力达到100MPa、300摄氏度的苛刻条件下不出现泄露；

（3）本发明中的实验装置上加热桶在温控仪的控制下实现对试验桶的加热保温功能，温控仪上通过信号线与测温热电偶连接，实现对压力桶内温度的实时采集。测温热电偶安装在胀紧盖预留的测温孔内；

（4）本发明中的实验装置上进气口和进液口的一端分别连接气体加压泵和液体加压泵，试验过程中通过加压泵增加试验桶内压力，放气口和放液口分别设有压力表，实现对试验桶内压力的实时监控；

（5）本发明的实验方法能够真实模拟油田井下腐蚀环境，为实验室内准确高效的评价防腐涂层耐高温高压性能提供了新的方法和依据。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中I处局部放大图；

1、放液口，2、放液阀，3、第一压力表，4、保温套，5、加热桶，6、试验桶，7、试样，8、防腐涂层，9、放气口，10、放气阀，11、第二压力表，12、电源线，13、温控仪，14、顶丝，15、测温热电偶，16、胀紧盖，17、胀紧锁母，18、压盖，19、螺栓，20、液体加压泵，21、进液阀，22、气体加压泵，23、进气阀，24、进气口，25、进液口，26、密封圈。

具体实施方式

根据附图1和2可知，本发明具体涉及一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置及试验方法，用于模拟防腐涂层在油气开采过程中所遇到的高温高压环境。试验装置主要由加热系统、温度控制系统、加压系统、压力测量系统、高压阀门及管路组成，包括放液口1、放液阀2、第一压力表3、保温套4、加热桶5、试验桶6、试样7、防腐涂层8、放气口9、放气阀10、第二压力表11、电源线12、温控仪13、顶丝14、测温热电偶15、胀紧盖16、胀紧锁母17、压盖18、螺栓19、液体加压泵20、进液阀21、气体加压泵22、进气阀23、进气口24、进液口25、密封圈26。

在附图1中可以看出本发明的具体结构，试验桶6、加热桶5和保温套4套在一起，并且上口平齐，实现了对试验桶的加热和保温功能。进气口24、进液口25和放气口9位于试验桶6的侧面，放液口1位于试验桶6的底面，进气口24、进液口25、放气口9和放液口1贯穿试验桶6、加热桶5和保温套4，把外界和试验桶6内腔连通，在放气口9和放液口1的管路上设有压力表和相应的阀门，便于试验用液体或气体介质的加入和排出，进气口24和进液口25分别与外部的体加压泵22和液体加压泵20连通，试验过程中通过加压泵增加试验桶6内压力。放气口9和放液口1分别设有压力表，实现对试验桶内压力的实时监控。在试验桶6内部设有涂有防腐涂层8的试样7，在试验桶6的开口处设有胀紧盖16，胀紧盖16中心预留孔内设有测温热电偶15，测温热电偶15的下端插入试样7内部，测温热电偶15和加热桶5均与外界的温控仪13电连接，实现对压力桶内温度的实时采集。

试验装置的密封通过胀紧盖16与试验桶6的内腔壁紧密配合，在胀紧盖16的外侧套接有压盖18和胀紧锁母17，试验桶6的上部设有螺丝孔，通过螺栓19将压盖18紧固后实现对试验桶6的密封，胀紧锁母17压于压盖18上，并且与胀紧盖16螺纹配合。试验桶密封圈采用胀紧式密封结构，使用螺栓19将套在一起的压盖18、密封圈26、胀紧盖16、胀紧锁母17装配组成试验桶盖安装到试验桶6上。密封圈26使用耐高温材料加工而成，密封圈26和胀紧盖16接触面为锥面，如附图2所示。当试验桶6内压力升高时，胀紧盖16在试验桶6内压力作用下向上移动，并将密封圈26胀大，最终使密封圈与试验桶压紧。试验桶内温度和压力越高，胀紧芯棒对密封圈的扩张力也就越大，装置密封性能也相应增强。保证在桶内压力达到100MPa、300摄氏度的苛刻条件下不出现泄露。

为了方便开启密封压盖18，在压盖18上设有顶丝14，顶丝14穿过压盖18，并且与试验桶6的上表面接触。

结合附图对本发明的具体方法进行阐述，详细步骤如下：

步骤一：按照防腐涂层生产工艺要求对试样7进行喷砂除锈处理，并在试样上喷涂防腐涂层，按照工艺要求完成防腐涂层烘烤固化，并按照试验要求完成试样7的各性能指标检验。

步骤二：关闭放液阀2，拆下螺栓19和压盖18，使放气阀10处于开启状态，清洁试验桶6和密封圈26。

步骤三：将防腐涂层试样放入试验桶6内，安装好带有胀紧盖16、胀紧锁母17的压盖18，并拧紧螺栓19，将测温热电偶15插入胀紧盖16中心预留测温孔中。

步骤四：开启进液阀21和液体加压泵20，向试验桶6加入事先配制好的腐蚀介质溶液。如果试验要求腐蚀介质为气体，则开启进气阀23和气体加压泵22，向试验桶6加入腐蚀气体，在加压泵运转时，通过第二压力表11观察试验桶内压力的增长。第二压力表11读数达到所要求的试验压力后关闭加压泵和相应阀门。

步骤五：打开温控仪13电源开关，参照温控仪13使用说明书设定温度至需要值，温控仪13自动控制加热桶5对试验桶6加热，并通过测温热电偶15实时监测试验桶6内实际温度，最终使试验恒温到所设定温度值，并按设定时间完成保温过程。

步骤六：关闭温控仪13电源，待试验桶6内温度下降到80℃以下，打开放气阀10和放液阀2，以一个均匀的速度在15-30分钟内将试验桶内气体和液体放出。

步骤七：用专用扳手松开螺栓19,再用扳手拧开压盖18上的顶丝14,将压盖18连同胀紧盖16和密封圈26从试验桶中顶出。

步骤八：取出试样，对试样进行评价。评价防腐涂层是否有膨胀、变软、起泡和附着力变化的现象；并做好试验记录、出具试验报告。

下面以5块试片涂层（分别为DPC\TK34\TK34P\TK34XT\TK70）为例来说明本发明的效果。每种涂层类型试片按SY/T0544-2010《石油钻杆内涂层技术条件》附录C进行高压釜试验试样制备。在一根开天窗的5英寸钻杆上固定好试片，此钻杆同其他钻杆一起，在生产线上按照工艺规程进行表面清洁、喷涂及固化。试片制备好后，从钻杆上拆卸下来，使用冷切割设备将试片加工，试样尺寸：长×宽×后=50mm×50mm×9mm，试样实验前的情况如表1。

表1 实验前试片情况

试验条件：试验温度为140摄氏度，压力70Mpa，试验介质为PH=12.5的NaOH溶液3.3升，试验时间保持16小时。

试验过程按照上述的八个步骤进行，试验结果如下：

1）外观检测

从装置内取出试验后，立即进行外观检查，其结果如下所示

2）附着力检测

按SY/T0544-2004标准的附录C《钻杆涂层附着力检验方法（刀挑法）》进行附着力试验并记录结果如下：

样品编号	1#	2#	3#	4#	5#
						附着力（级）	A	A	A	A	A

Claims (5)

1.一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置，其特征在于包括敞口的试验桶（6），所述的试验桶（6）的侧面设有进气口（24）、进液口（25）和放气口（9），在试验桶（6）的底面设有放液口（1），在试验桶（6）外侧包围有加热桶（5），加热桶（5）的外侧设有保温套（4），所述的试验桶（6）、加热桶（5）和保温套（4）的上开口面平齐，其中进气口（24）、进液口（25）、放气口（9）和放液口（1）贯穿试验桶（6）、加热桶（5）和保温套（4），把外界和试验桶（6）内腔连通，在放气口（9）和放液口（1）的管路上设有压力表和阀门，所述的进气口（24）和进液口（25）分别与外部的体加压泵（22）和液体加压泵（20）连通；在试验桶（6）内部设有涂有防腐涂层（8）的试样（7），在试验桶（6）的开口处设有胀紧盖（16），所述的胀紧盖（16）中心预留孔内设有测温热电偶（15），测温热电偶（15）的下端插入试样（7）内部，测温热电偶（15）和加热桶（5）均与外界的温控仪（13）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置，其特征在于所述的胀紧盖（16）与试验桶（6）的内腔壁紧密配合，在胀紧盖（16）的外侧套接有压盖（18）和胀紧锁母（17），其中压盖（18）通过螺栓（19）固定在试验桶（6）的上表面，胀紧锁母（17）压于压盖（18）上，并且与胀紧盖（16）螺纹配合。

3.根据权利要求2所述的一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置，其特征在于所述的压盖（18）上设有顶丝（14），所述的顶丝（14）穿过压盖（18），并且与试验桶（6）的上表面接触。

4.根据权利要求3所述的一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置，其特征在于所述的试验桶（6）、胀紧盖（16）和压盖（18）的接触位置设有密封圈（26），所述的密封圈（26）为胀紧式耐高温密封结构，所述的密封圈（26）和胀紧盖（16）接触面为锥面，当试验桶（6）内压力升高时，胀紧盖（16）在试验桶（6）内压力作用下向上移动，并将密封圈（26）胀大，最终使密封圈与试验桶压紧。

5.如权利要求4所述的试验装置的试验方法，其特征在于包括如下步骤，

步骤一：按照防腐涂层生产工艺要求对试样（7）进行喷砂除锈处理，并在试样上喷涂防腐涂层，按照工艺要求完成防腐涂层烘烤固化，并按照试验要求完成试样（7）的各性能指标检验；

步骤二：关闭放液阀（2），拆下螺栓（19）和压盖（18），使放气阀（10）处于开启状态，清洁试验桶（6）和密封圈（26）；

步骤三：将防腐涂层试样放入试验桶（6）内，安装好带有胀紧盖（16）、胀紧锁母（17）的压盖（18），并拧紧螺栓（19），将测温热电偶（15）插入胀紧盖（16）中心预留测温孔中；

步骤四：开启进液阀（21）和液体加压泵（20），向试验桶（6）加入配制好的腐蚀介质溶液；如果试验要求腐蚀介质为气体，则开启进气阀（23）和气体加压泵（22），向试验桶（6）加入腐蚀气体，在加压泵运转时，通过第二压力表（11）观察试验桶内压力的增长，第二压力表（11）读数达到所要求的试验压力后关闭加压泵和相应阀门；

步骤五：打开温控仪（13）电源开关，参照温控仪（13）使用说明书设定温度至需要值，温控仪（13）自动控制加热桶（5）对试验桶（6）加热，并通过测温热电偶（15）实时监测试验桶（6）内实际温度，最终使试验恒温到所设定温度值，并按设定时间完成保温过程；

步骤六：关闭温控仪(13)电源，待试验桶（6）内温度下降到80℃以下，打开放气阀（10）和放液阀（2），以一个均匀的速度在15-30分钟内将试验桶内气体和液体放出；

步骤七：用专用扳手松开螺栓（19）,再用扳手拧开压盖（18）上的顶丝（14）,将压盖（18）连同胀紧盖（16）和密封圈（26）从试验桶中顶出；

步骤八：取出试样，对试样进行评价；评价防腐涂层是否有膨胀、变软、起泡和附着力变化的现象，并做好试验记录、出具试验报告。