CN105973793A - 一种井下应力腐蚀测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下应力腐蚀测试方法及装置，方法包括以下步骤：测试前准备：根据现场设备材质和受力条件，计算加载变形量和准备试片；安装井下应力腐蚀测试装置；进行井下应力腐蚀试验；对井下应力腐蚀试验进行分析与评价；装置具有应力腐蚀测试单元，保护外壳以及连接接头，其中应力腐蚀测试单元为多组，安装在保护外壳的空腔内，连接接头一端安装在保护外壳尾端螺纹上，并压紧保护外壳空腹腔内安装的腐蚀测试单元组，连接接头另一端与井下装置连接。本发明装置结构简单，拆装及操作方便，在不影响油气井正常生产的情况下，实现井下环境的应力腐蚀测试，真实反应被研究材料在井下环境的应力腐蚀状态信息，为设备维护和选材提供依据。

Description

一种井下应力腐蚀测试方法及装置

技术领域

本发明涉及一种井下腐蚀测试技术，具体的说是一种井下应力腐蚀测试方法及装置。

背景技术

油气田开发生产工况环境普遍具有“高温、高压、高CO₂、高H₂S、高Cl^-、高矿化度”的特点，这些复杂苛刻的工况条件加之特殊的作业工艺导致油气管柱发生应力腐蚀失效。近年随着CO₂驱油技术的发展，应力腐蚀失效现象日趋严重，给国民经济带来重大损失。对油管及井下设备用金属材料进行服役环境中的应力腐蚀测试，可对金属材料在特定工况环境中的实用性进行评价并预测其使用寿命，指导选材和设备维护。

目前，国内外研究应力腐蚀通常采用的方法是在实验室常温常压下模拟工况介质进行静态的恒应变法、恒载荷法和慢应变速率拉伸法(SSRT)应力腐蚀实验。这些测试方法只模拟了腐蚀介质浓度条件，与真实工况偏离较大，只能对金属材料的应力腐蚀敏感性作定性评价。此外，还有少数模拟高温高压下环境应力腐蚀装置，如CN102706750A公开了一种高温高压恒载荷应力腐蚀实验方法和装置，其实现金属材料在一定应力状态下，处于高温高压气相或液相腐蚀介质作用下的恒载荷应力腐蚀实验，但其不能模拟工况环境中多相流冲刷的影响；CN105021455A公开了一种模拟金属材料在实际工况条件下的应力腐蚀实验装置，并通过试件在装置内部转动来模拟介质对材料冲刷的影响。但该方法毕竟为实验室模拟方法，脱离了真实井下高温、高压、多相流冲刷综合作用的工况条件，测试结果与真实情况存在差距。

发明内容

针对现有技术中井下应力腐蚀测试只模拟腐蚀介质浓度条件、与真实工况偏离较大等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、能够真实反应被研究材料在井下环境的应力腐蚀状态信息的井下应力腐蚀测试方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种井下应力腐蚀测试装置，具有应力腐蚀测试单元，保护外壳以及连接接头，其中应力腐蚀测试单元为多组，安装在保护外壳的空腔内，连接接头一端安装在保护外壳尾端螺纹上，并压紧保护外壳空腹腔内安装的腐蚀测试单元组，连接接头另一端与井下装置连接。

保护外壳周身开有长条形导流孔，井下腐蚀介质通过导流孔进入到应力腐蚀测试单元。

应力腐蚀测试单元包括应力腐蚀试片、筒体、第一顶帽、第二顶帽以及加载顶丝，筒体为不锈钢圆筒形结构，周身开有多排介质导流小孔，应力腐蚀试片穿置于筒体中，两端由个顶帽固定；加载顶丝由筒体侧壁的螺纹孔进入筒体内，对应力腐蚀试片进行加载。

加载顶丝的丝帽顶端设有刻线，筒体上螺纹孔周围设有刻度线，刻线与刻度线配合读取应力应变量信息。

第一顶帽、第二顶帽均为凸台圆柱状，凸台顶端面中间设有用于夹住应力腐蚀试片的卡槽。

本发明一种井下应力腐蚀测试方法，包括以下步骤：

测试前准备：根据现场设备材质和受力条件，计算加载变形量和准备试片；

安装井下应力腐蚀测试装置；

进行井下应力腐蚀试验；

对井下应力腐蚀试验进行分析与评价。

所述测试前准备包括以下步骤：

调研现场设备的受力条件、设备材质，计算加载变形量；

准备试片，根据安装尺寸参数加工长条形应力腐蚀试片，经研磨、清洗、称重后备用。

所述安装井下应力腐蚀测试装置包括以下步骤：

分别将准备好的应力腐蚀试片穿置于筒体中，应力腐蚀试片两端用顶帽固定在筒体两端；

拧动加载顶丝给应力腐蚀试片进行应力加载，将每组应力测试单元加载到预设应变量；

将应力测试单元依次装入保护外壳空腔内，装上连接接头并拧紧。

所述进行井下应力腐蚀试验包括以下步骤：

整套井下应力腐蚀测试装置通过连接接头连接到抽油杆底端或其他下井装置上，随之送到井下，进行应力腐蚀试验；

试验周期结束后，取出应力腐蚀测试装置，取下应力腐蚀试片，结束一次试验过程。

所述井下应力腐蚀试验进行分析与评价包括以下步骤：

若试片断裂，清洗断口，进行断口形貌观察及作用机理分析；

若试片没有断裂，首先进行试片表面腐蚀形貌及腐蚀产物分析，然后清洗腐蚀产物，称重计算腐蚀速率；

之后将试片安装于拉伸机和弯曲试验机上进行拉伸和弯曲，测试出金属材料力学性能损失率；

对数据进行整理分析，对材料在井下环境的应力腐蚀敏感性作出评价。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明装置结构简单，拆装及操作方便，在不影响油气井正常生产的情况下，实现井下环境的应力腐蚀测试，真实反应被研究材料在井下环境的应力腐蚀状态信息，为设备维护和选材提供依据。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明装置的应力腐蚀测试单元结构图；

图3为本发明装置的应力腐蚀测试单元结构示意图；

图4本发明装置的现场安装示意图。

其中，1为应力腐蚀测试单元，2为保护外壳，3为连接接头，4为应力腐蚀试片，5为筒体，6为顶帽，7为加载顶丝，8为抽油杆，9为油管，10为油井套管，11为井下应力腐蚀测试装置。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明一种井下应力腐蚀测试装置，具有应力腐蚀测试单元1，保护外壳2以及连接接头3，其中应力腐蚀测试单元1为多组，安装在保护外壳2的空腔内，连接接头3安装在保护外壳2尾端螺纹上，并压紧保护外壳2空腹腔内安装的腐蚀测试单元组。

本实施例中，一套应力腐蚀测试装置11安装3组结构相同的应力腐蚀测试单元1，组间首尾相接，由连接接头3在保护外壳2尾端压紧；保护外壳2周身开有长条形导流孔，井下腐蚀介质通过导流孔进入到应力腐蚀测试单元1。

保护外壳2为耐蚀合金材料制成的长管，长管一端为锥形，长管周身开有条形导流孔。

连接接头3为耐蚀合金材料制成的两端带外螺纹的接头，连接接头3一端与保护外壳2连接，并压紧保护外壳2空腔内放置的应力腐蚀测试单元1；连接接头3另一端与抽油杆8或其他下井装置连接，将应力腐蚀测试单元1送入井下进行应力腐蚀试验。

如图2、3所示，应力腐蚀测试单元1为胶囊状结构，包括应力腐蚀试片4、筒体5、第一顶帽6a、第二顶帽6b以及加载顶丝7，应力腐蚀试片4为长条形金属试片，试片材质与被研究设备的材质相同，每个胶囊状应力腐蚀测试单元1包含2个顶帽。所述筒体优选不锈钢或耐蚀合金钢制成的圆筒形结构，周身开有多排介质导流小孔。在筒体5的侧壁中间位置开一处与加载顶丝7相配合的穿透型螺纹孔，用于固定加载顶丝7和加载操作。螺纹小孔周围刻有刻度线，用于读取试片变形量。

为避免与金属测试试片发生电偶腐蚀，优选的顶冒采用陶瓷材料制成。

顶冒6为凸台圆柱状，凸台顶端面中间加工有与试片的宽×厚尺寸适宜的卡槽，用于夹住应力腐蚀试片4。

所述加载顶丝7为陶瓷材料制成的带六方螺帽的圆头螺钉，加载顶丝7拧在筒体5的螺纹孔上，通过拧紧加载顶丝7对应力腐蚀试片4进行加载。

保护外壳2、连接接头3和筒体5优选耐蚀合金材料制成；为避免与金属测试试片发生电偶腐蚀，第一顶帽6a、第二顶帽6b和加载顶丝7优选绝缘陶瓷材料制成。

加载顶丝7的六方螺帽顶端刻一条刻度线，与筒体上的刻度线配合可读取金属试片的变形量。加载顶丝拧得越紧，加载的应力越大，试片的应变也就越大。

一套应力腐蚀测试装置可加装多组应力腐蚀测试单元1，加装应力腐蚀测试单元的数量和每组应力试片加载的应力应变量可根据测试需求确定。

井下应力腐蚀测试装置在油井中的安装方式如图4所示，应力腐蚀测试装置11安装于油管9内，也可安装在油管9与油井套管10之间的环形空间内。井下应力腐蚀测试装置11固定在抽油杆8底端，并随抽油杆作业时一起送到井下。

本发明井下应力腐蚀测试方法，包括以下步骤：

步骤一，测试前准备：

1)调研现场设备的受力条件，设备材质，计算加载变形量；

2)准备试片，根据安装尺寸参数加工长条形应力腐蚀试片4，经研磨、清洗、称重后备用；

步骤二，井下应力腐蚀测试装置的安装：

3)分别将准备好的应力腐蚀试片4穿过筒体5，并用顶帽6固定；

拧动加载顶丝7给应力腐蚀试片4进行加载应力，将每组应力测试单元1加载到预设应变量；

4)将应力测试单元1依次装入保护外壳2空腔内，装上连接接头3并拧紧；

步骤三，井下应力腐蚀试验：

5)整套井下应力腐蚀测试装置11通过连接接头3连接到抽油杆8底端或其他下井装置上，随之送到井下，进行应力腐蚀试验；

6)试验周期结束后，取出应力腐蚀测试装置，取下应力腐蚀试片；

步骤四，分析与评价：

7)若试片断裂、清洗断口，进行断口形貌观察及作用机理分析；

8)若试片没有断裂，首先进行试片表面腐蚀形貌及腐蚀产物分析，然后清洗腐蚀产物，称重计算腐蚀速率；

9)之后将试片安装于拉伸机和弯曲试验机上进行拉伸和弯曲，测试出金属材料力学性能损失率；

10)对数据进行整理分析，对材料在井下环境应力腐蚀敏感性作出评价。

本发明提供了一种用于油气田井下应力腐蚀测试的方法和装置，在不影响正常生产的情况下，能够完成井下环境状态对设备用金属材料在不同应力应变下的应力腐蚀试验，获取井下环境对金属试片的应力腐蚀信息，以指导设备选材和维护。

Claims (10)

1.一种井下应力腐蚀测试装置，其持征在于：具有应力腐蚀测试单元，保护外壳以及连接接头，其中应力腐蚀测试单元为多组，安装在保护外壳的空腔内，连接接头一端安装在保护外壳尾端螺纹上，并压紧保护外壳空腹腔内安装的腐蚀测试单元组，连接接头另一端与井下装置连接。

2.按权利要求1所述的井下应力腐蚀测试装置，其持征在于：保护外壳周身开有长条形导流孔，井下腐蚀介质通过导流孔进入到应力腐蚀测试单元。

3.按权利要求1所述的井下应力腐蚀测试装置，其持征在于：应力腐蚀测试单元包括应力腐蚀试片、筒体、第一顶帽、第二顶帽以及加载顶丝，筒体为不锈钢圆筒形结构，周身开有多排介质导流小孔，应力腐蚀试片穿置于筒体中，两端由个顶帽固定；加载顶丝由筒体侧壁的螺纹孔进入筒体内，对应力腐蚀试片进行加载。

4.按权利要求3所述的井下应力腐蚀测试装置，其持征在于：加载顶丝的丝帽顶端设有刻线，筒体上螺纹孔周围设有刻度线，刻线与刻度线配合读取应力应变量信息。

5.按权利要求3所述的井下应力腐蚀测试装置，其持征在于：第一顶帽、第二顶帽均为凸台圆柱状，凸台顶端面中间设有用于夹住应力腐蚀试片的卡槽。

6.一种井下应力腐蚀测试方法，其持征在于包括以下步骤：

测试前准备：根据现场设备材质和受力条件，计算加载变形量和准备试片；

安装井下应力腐蚀测试装置；

进行井下应力腐蚀试验；

对井下应力腐蚀试验进行分析与评价。

7.按权利要求6所述的井下应力腐蚀测试方法，其持征在于所述测试前准备包括以下步骤：

调研现场设备的受力条件、设备材质，计算加载变形量；

准备试片，根据安装尺寸参数加工长条形应力腐蚀试片，经研磨、清洗、称重后备用。

8.按权利要求6所述的井下应力腐蚀测试方法，其持征在于所述安装井下应力腐蚀测试装置包括以下步骤：

分别将准备好的应力腐蚀试片穿置于筒体中，应力腐蚀试片两端用顶帽固定在筒体两端；

拧动加载顶丝给应力腐蚀试片进行应力加载，将每组应力测试单元加载到预设应变量；

将应力测试单元依次装入保护外壳空腔内，装上连接接头并拧紧。

9.按权利要求6所述的井下应力腐蚀测试方法，其持征在于所述进行井下应力腐蚀试验包括以下步骤：

整套井下应力腐蚀测试装置通过连接接头连接到抽油杆底端或其他下井装置上，随之送到井下，进行应力腐蚀试验；

试验周期结束后，取出应力腐蚀测试装置，取下应力腐蚀试片，结束一次试验过程。

10.按权利要求6所述的井下应力腐蚀测试方法，其持征在于所述井下应力腐蚀试验进行分析与评价包括以下步骤：

若试片断裂，清洗断口，进行断口形貌观察及作用机理分析；

若试片没有断裂，首先进行试片表面腐蚀形貌及腐蚀产物分析，然后清洗腐蚀产物，称重计算腐蚀速率；

之后将试片安装于拉伸机和弯曲试验机上进行拉伸和弯曲，测试出金属材料力学性能损失率；

对数据进行整理分析，对材料在井下环境的应力腐蚀敏感性作出评价。