CN106680196B - 一种评价缓蚀剂缓蚀效率的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种评价缓蚀剂缓蚀效率的系统。该系统采用带温控装置的耐温耐压容器模拟高温高压腐蚀环境,将样品固定在该容器内,采用液体压缩泵将需评价的缓蚀剂加注在样品上,并采用气体压缩泵将腐蚀介质泵入到该容器内,以达到一定压力,此外通过另一气体压缩泵循环腐蚀介质,并由喷嘴将腐蚀介质喷向样品,模拟高速腐蚀介质气流冲刷,同时采用其他安全性等辅助设备,达到了准确、有效评价缓蚀剂缓蚀效率的效果。该评价缓蚀剂缓蚀效率的系统解决了目前动态腐蚀实验中挂片与腐蚀介质的相对速率远小于预期速率,无法真实模拟不同井深下高速气流冲刷腐蚀工况的问题。
Description
技术领域
本发明涉及采气工程领域,特别涉及一种评价缓蚀剂缓蚀效率的系统。
背景技术
由于天然气井中含有CO2、H2S等腐蚀性介质,油套管及井下工具腐蚀不可避免。加注缓蚀剂是非常重要的防腐方式。相对于采用防腐管材进行防腐,缓蚀剂是较为经济的方式。国内存在为数众多的气井采用缓蚀剂防腐,也形成了系列化的缓蚀剂。
目前常用的缓蚀剂评价方法主要有:静态法和动态法。静态法是将样品挂片静置在腐蚀环境中,对比空白样品和添加缓蚀剂样品的腐蚀速率。动态法就是将样品挂片放置在腐蚀环境中以一定的速率转动,模拟样品在动态环境中的腐蚀,采用的设备主要有高温高压动态釜和高温高压旋转笼。缓蚀剂的防腐机理是在油管内壁形成保护膜,隔绝油管内壁和腐蚀性介质接触,避免油管腐蚀。由于现在多采用样品旋转、腐蚀介质静止的方式模拟动态腐蚀。样品旋转会带动腐蚀介质旋转,尤其是液相介质,导致实际相对速率远低于预期速率。高速气流的冲刷对缓蚀剂在油管内壁形成防护层影响很大。
可见,现有缓蚀剂动态评价系统中,样品与腐蚀介质的实际相对速率很难保证。此外,现有设备不能很好地模拟高速气流冲刷以及缓蚀剂的加注等工况。因此,非常有必要研发一种新型的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种评价缓蚀剂缓蚀效率的系统。该系统能够真实模拟不同井深、高速气流冲刷下的腐蚀工况,为高效评价缓蚀剂缓蚀效率提供实验手段。
为达到上述目的,本发明提供了一种评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,该系统包括:高温高压腐蚀环境模拟设备、缓蚀剂加注设备、高速气流冲刷设备以及其他辅助设备;
其中,所述高温高压腐蚀环境模拟设备包括一容器、至少一加热装置、一样品支架以及一第一气体压缩泵;所述加热装置设置于所述容器内,用于对容器内的介质进行加热,以模拟井下不同深度的温度;所述样品支架设置于所述容器内,用于固定样品;所述第一气体压缩泵通过管线连接于所述容器,并在该管线上设有一控制阀门,用于将腐蚀介质泵入所述容器中,以模拟井下不同深度的压力和/或腐蚀介质分压;
所述缓蚀剂加注设备包括一液体压缩泵;所述液体压缩泵通过管线连接于所述容器,并在该管线上设有一控制阀门,并且该管线的端口设置有一喷嘴,用于通过该喷嘴将泵入容器内的缓蚀剂喷洒在样品表面,以模拟缓蚀剂在井下加注的过程;
所述高速气流冲刷设备包括一第二气体压缩泵、一第一流量计以及一冷却装置,所述第二气体压缩泵通过管线循环连接于所述容器,用于循环容器内的腐蚀介质,并且在第二气体压缩泵与容器的循环腐蚀介质入口相连的管线上设有一控制阀门,且在该管线的端口设置有一喷嘴,用于通过该喷嘴将泵入容器内的循环腐蚀介质喷射到样品上,利用腐蚀介质气流对样品的冲刷,模拟井下腐蚀介质气流对油管内壁的冲刷;所述第一流量计设置于第二气体压缩泵与容器的循环腐蚀介质入口相连的管线上,用于控制循环腐蚀介质的泵入量和/或喷射速度(即腐蚀介质流速);所述冷却装置设置于第二气体压缩泵与容器的循环腐蚀介质出口相连的管线上,用于冷却高温腐蚀介质;
所述其他辅助设备包括一安全阀门、一气体释放阀门以及一废液池;所述安全阀门连接于所述容器,用于在实验过程中,一旦压力超过一定值后,可自动释放压力进行泄压;所述气体释放阀门连接于所述容器,用于在实验结束后,使所述容器泄压;所述废液池通过管线连接于所述容器,并在该管线上设有一排放阀门,用于在实验结束后,盛放从所述容器中排放的实验废液。
在上述评价缓蚀剂缓蚀效率的系统中,优选地,所述容器为一耐温耐压的容器。该容器应采用尺寸、壁厚以及耐压耐温等级符合要求的容器。
在上述评价缓蚀剂缓蚀效率的系统中,优选地,所述加热装置为电控加热装置,以精确控制温度。
在上述评价缓蚀剂缓蚀效率的系统中,优选地,所述高温高压腐蚀环境模拟设备还包括至少一压力表和/或至少一温度计,所述压力表和/或所述温度计与所述容器连接,以精确计量容器内的压力和/或温度。
在上述评价缓蚀剂缓蚀效率的系统中,优选地,所述缓蚀剂加注设备还包括一第二流量计,所述第二流量计设置于所述液体压缩泵与所述容器连接的管线上,用于控制缓蚀剂的泵入量和/或加注速率。
在上述评价缓蚀剂缓蚀效率的系统中,优选地,所述样品为电阻探针样品或挂片样品。当采用电阻探针作为样品时,可以实时测量实验过程中样品的腐蚀速率,但是探针上缓蚀剂不宜预膜。因此,更优选地,所述样品为挂片样品。
根据本发明的具体实施方式,优选地,当所述样品为挂片样品时,所述评价缓蚀剂缓蚀效率的系统可以进一步包括电化学测试设备,所述电化学测试设备包括一电化学工作站以及电极体系,所述电极体系为三电极体系,其连接于所述电化学工作站,所述三电极体系中的参比电极可以采用饱和甘汞电极,辅助电极可以采用铂金片,工作电极为所述的挂片样品,所述电化学测试设备用于实时测量实验过程中样品的腐蚀速率,为缓蚀剂的评价提供快速辅助功能。虽然电化学测试设备能够实时测量实验过程中样品的腐蚀速率,但是仍然优选采用失重法计算挂片样品的腐蚀速率,以使计算结果更为准确。失重法的具体操作步骤是按照标准GBT 18175-2014水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法中的步骤进行的。
在上述评价缓蚀剂缓蚀效率的系统中,优选地,所述安全阀门通过一管线连接于所述容器,该管线用于将泄压后的气体送去进行无害化处理。
在上述评价缓蚀剂缓蚀效率的系统中,优选地,所述气体释放阀门通过一管线连接于所述容器,该管线用于将泄压后的气体送去进行无害化处理。
采用本发明提供的评价缓蚀剂缓蚀效率系统进行缓蚀剂缓蚀效率评价的方法,可以包括以下步骤:
1、实验准备
将样品固定在样品支架上;将实验用腐蚀介质按照设计的含量配制好;将实验用缓蚀剂按照设计的浓度配制好,便于开展实验;
2、缓蚀剂预膜及加注
通过液体压缩泵将配制好的缓蚀剂泵入容器内对样品进行预膜处理(预膜的具体操作方法可以为本领域常规的预膜方法);并按照设计的浓度向样品喷洒缓蚀剂,模拟缓蚀剂加注工艺;
3、腐蚀环境模拟
按照设计,通过加热装置将容器内加热到实验温度,并保持恒温;将配制好的腐蚀介质通过第一气体压缩泵泵入容器内,达到实验压力,并保持恒压;确保容器内温度、压力及腐蚀介质分压达到设计要求,模拟现场井下腐蚀环境;
4、缓蚀剂性能评价
按照设计,通过第二气体压缩泵循环容器内的腐蚀介质,并通过喷嘴将泵入容器内的循环腐蚀介质喷射到样品上,以模拟现场井下腐蚀介质气流冲刷油管内壁工况,开展实验;
根据设计开展不同温度、和/或不同压力、和/或不同腐蚀介质分压、和/或不同缓蚀剂加注浓度、和/或不同腐蚀介质流速条件下的缓蚀剂缓蚀效率评价实验;
5、实验结束
每组实验结束时,先停止循环腐蚀介质,关闭加热装置,等待容器冷却至室温后,再释放并无害化处理容器内腐蚀介质,并且释放容器内实验废液;
6、实验结果处理
确定样品的腐蚀速率(优选采用失重法计算样品的腐蚀速率,失重法的具体操作步骤是按照标准GBT 18175-2014水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法中的步骤进行的),进而得出缓蚀剂缓蚀效率。
本发明提供的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统采用带温控装置的耐温耐压容器模拟高温高压腐蚀环境,将样品固定在该容器内,采用液体压缩泵将需评价的缓蚀剂加注在样品上,并采用气体压缩泵将腐蚀介质泵入到该容器内,以达到一定压力,此外通过另一气体压缩泵循环腐蚀介质,并由喷嘴将腐蚀介质喷向样品,模拟高速腐蚀介质流体冲刷,同时采用其他安全性等辅助设备,达到了准确、有效评价缓蚀剂缓蚀效率的效果。该评价缓蚀剂缓蚀效率的系统解决了目前动态腐蚀实验中挂片与腐蚀介质的相对速率远小于预期速率,无法真实模拟不同井深下高速气流冲刷腐蚀工况的问题。该系统可以真实模拟不同井深、不同压力、不同温度、不同气体流速冲刷下的腐蚀工况,可研究不同动态腐蚀工况下缓蚀剂缓蚀机理,为高效评价缓蚀剂缓蚀效率提供了实验手段,进而可评价、研发新型高效缓蚀剂,设计高效防腐工艺。本发明提供的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统可适应于国内各气田的缓蚀剂评价与研发,包括:西南油气田等主力气田。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式提供的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统的结构示意图;
主要组件符号说明:
1、第一气体压缩泵;2、第一控制阀门;3气体释放阀门;4、液体压缩泵;5、第二控制阀门;6、第二流量计;7、安全阀门;8、压力表;9、温度计;10、容器;11、样品;12、电控加热装置;13、电极体系;14、电化学工作站;15、样品支架;16、第一流量计;17、第三控制阀门;18、冷却装置;19、第二气体压缩泵;20、排放阀门;21、废液池。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解,现对本发明的技术方案进行以下详细说明,但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本实施例提供了一种评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,如图1所示,该系统包括:高温高压腐蚀环境模拟设备、缓蚀剂加注设备、高速气流冲刷设备、电化学测试设备以及其他辅助设备;
其中,所述高温高压腐蚀环境模拟设备包括一容器10、两个电控加热装置12、一样品支架15、一第一气体压缩泵1、一压力表8以及一温度计9;所述容器10为一尺寸、壁厚以及耐压耐温等级符合要求的容器;两个电控加热装置12均设置于所述容器10内,用于对容器10内的介质进行加热,以模拟井下不同深度的温度并精确控制温度;所述样品支架15设置于所述容器10内,用于固定样品11(所述样品11为挂片样品);所述第一气体压缩泵1通过管线连接于所述容器10,并在该管线上设有第一控制阀门2,用于将腐蚀介质泵入所述容器10中,以模拟井下不同深度的压力和/或腐蚀介质分压(如果实际井下压力过高,可采用腐蚀介质分压进行模拟;目前普遍认为,腐蚀介质分压是影响腐蚀的主要因素,没有必要必须模拟实际工况的真实总压;真实总压有时高达数十MPa,一般设备较难达到要求;腐蚀气体分压等于总压与腐蚀气体的体积百分数的乘积;例如:需要模拟二氧化碳分压为2MPa的工况,只需要将容器10内进行除氧,然后向里面泵入二氧化碳,直至压力达到2MPa即可);所述压力表8和所述温度计9与所述容器10连接,以精确计量容器10内的压力和温度;
所述缓蚀剂加注设备包括一液体压缩泵4以及一第二流量计6;所述液体压缩泵4通过管线连接于所述容器10,并在该管线上设有第二控制阀门5,并且该管线的端口设置有一喷嘴,用于通过该喷嘴将泵入容器10内的缓蚀剂喷洒在样品11表面,以模拟缓蚀剂在井下加注的过程;所述第二流量计6设置于所述液体压缩泵4与所述容器10连接的管线上,用于控制缓蚀剂的泵入量和/或加注速率;
所述高速气流冲刷设备包括一第二气体压缩泵19、一第一流量计16以及一冷却装置18,所述第二气体压缩泵19通过管线循环连接于所述容器10,用于循环容器10内的腐蚀介质,并且在第二气体压缩泵19与容器10的循环腐蚀介质入口相连的管线上设有第三控制阀门17,且在该管线的端口设置有一喷嘴,用于通过该喷嘴将泵入容器10内的循环腐蚀介质喷射到样品11上,利用腐蚀介质气流对经过缓蚀剂预膜的样品的冲刷,模拟井下高速腐蚀介质气流对油管内壁的冲刷;所述第一流量计16设置于第二气体压缩泵19与容器10的循环腐蚀介质入口相连的管线上,用于控制循环腐蚀介质的泵入量及喷射速度(即腐蚀介质流速);所述冷却装置18设置于第二气体压缩泵19与容器10的循环腐蚀介质出口相连的管线上,用于冷却高温腐蚀介质;
所述电化学测试设备包括一电化学工作站14以及电极体系13,所述电极体系13为三电极体系,其连接于所述电化学工作站14,所述三电极体系中的参比电极可以采用饱和甘汞电极,辅助电极可以采用铂金片,工作电极为所述的挂片样品,所述电化学测试设备用于实时测量实验过程中样品的腐蚀速率,为缓蚀剂的评价提供快速辅助功能;
所述其他辅助设备包括一安全阀门7、一气体释放阀门3以及一废液池21;所述安全阀门7通过一管线连接于所述容器10,用于保证在实验过程中,一旦压力超过一定值后,可自动释放压力进行泄压,该管线用于将泄压后的气体送去进行无害化处理;所述气体释放阀门3通过一管线连接于所述容器10,用于在实验结束后,使所述容器10缓慢泄压,该管线用于将泄压后的气体送去进行无害化处理;所述废液池21通过管线连接于所述容器10,并在该管线上设有排放阀门20,用于在实验结束后,盛放从所述容器中排放的实验废液(主要包括加注的缓蚀剂等)。
本实施例还提供了一种评价缓蚀剂缓蚀效率的方法,该方法采用上述的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,其包括以下步骤:
1、实验准备
做好实验前的准备工作:加工样品、进行称重并将样品11固定在样品支架15上;将实验用腐蚀介质按照方案设计的含量配制好;将实验用缓蚀剂按照方案设计的浓度配制好,便于开展实验;
2、缓蚀剂预膜及加注
通过液体压缩泵4将配制好的缓蚀剂泵入容器10内对样品11进行预膜处理;并按照方案设计的浓度向样品11喷洒缓蚀剂,模拟缓蚀剂加注工艺;
3、腐蚀环境模拟
按照方案设计,通过电控加热装置12将容器10内加热到实验温度,并保持恒温;将配制好的腐蚀介质(即CO2)通过第一气体压缩泵1泵入容器10内,达到实验压力,并保持恒压;确保容器10内温度、压力及腐蚀介质分压达到方案设计要求,模拟现场井下腐蚀环境;
4、缓蚀剂性能评价
按照方案设计,通过第二气体压缩泵19循环容器10内的腐蚀介质,并通过喷嘴将泵入容器10内的循环腐蚀介质喷射到样品上,以模拟现场井下高速腐蚀介质气流冲刷油管内壁工况,开展实验;
根据方案设计,开展不同温度、不同压力、不同腐蚀介质分压、不同缓蚀剂加注浓度以及不同腐蚀介质流速条件下的评价实验;
5、实验结束
每组实验结束时,先停止循环腐蚀介质,关闭电控加热装置12,等待容器10冷却至室温后,再释放并无害化处理容器10内腐蚀介质,并释放实验废液;
6、实验结果处理
对样品11进行酸洗处理并称重,采用失重法得出腐蚀速率,进而得出缓蚀剂缓蚀效率;失重法的具体操作步骤是按照标准GBT 18175-2014水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法中的步骤进行的。
Claims (10)
1.一种评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,该系统包括:高温高压腐蚀环境模拟设备、缓蚀剂加注设备、高速气流冲刷设备以及其他辅助设备;
其中,所述高温高压腐蚀环境模拟设备包括一容器、至少一加热装置、一样品支架以及一第一气体压缩泵;所述加热装置设置于所述容器内,用于对容器内的介质进行加热,以模拟井下不同深度的温度;所述样品支架设置于所述容器内,用于固定样品;所述第一气体压缩泵通过管线连接于所述容器,并在该管线上设有一控制阀门,用于将腐蚀介质泵入所述容器中,以模拟井下不同深度的压力和/或腐蚀介质分压;
所述缓蚀剂加注设备包括一液体压缩泵;所述液体压缩泵通过管线连接于所述容器,并在该管线上设有一控制阀门,并且该管线的端口设置有一喷嘴,用于通过该喷嘴将泵入容器内的缓蚀剂喷洒在样品表面,以模拟缓蚀剂在井下加注的过程;
所述高速气流冲刷设备包括一第二气体压缩泵、一第一流量计以及一冷却装置,所述第二气体压缩泵通过管线循环连接于所述容器,用于循环容器内的腐蚀介质,并且在第二气体压缩泵与容器的循环腐蚀介质入口相连的管线上设有一控制阀门,且在该管线的端口设置有一喷嘴,用于通过该喷嘴将泵入容器内的循环腐蚀介质喷射到样品上,利用腐蚀介质气流对样品的冲刷,模拟井下腐蚀介质气流对油管内壁的冲刷;所述第一流量计设置于第二气体压缩泵与容器的循环腐蚀介质入口相连的管线上,用于控制循环腐蚀介质的泵入量和/或喷射速度;所述冷却装置设置于第二气体压缩泵与容器的循环腐蚀介质出口相连的管线上,用于冷却高温腐蚀介质;
所述其他辅助设备包括一安全阀门、一气体释放阀门以及一废液池;所述安全阀门连接于所述容器,用于在实验过程中,一旦压力超过一定值后,自动释放压力进行泄压;所述气体释放阀门连接于所述容器,用于在实验结束后,使所述容器泄压;所述废液池通过管线连接于所述容器,并在该管线上设有一排放阀门,用于在实验结束后,盛放从所述容器中排放的实验废液。
2.根据权利要求1所述的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,其中,所述容器为一耐高温耐高压的容器。
3.根据权利要求1所述的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,其中,所述加热装置为电控加热装置。
4.根据权利要求1所述的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,其中,所述高温高压腐蚀环境模拟设备还包括至少一压力表和/或至少一温度计,所述压力表和/或所述温度计与所述容器连接。
5.根据权利要求1所述的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,其中,所述缓蚀剂加注设备还包括一第二流量计,所述第二流量计设置于所述液体压缩泵与所述容器连接的管线上,用于控制缓蚀剂的泵入量和/或加注速率。
6.根据权利要求1所述的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,其中,所述样品为电阻探针样品或挂片样品。
7.根据权利要求6所述的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,其中,所述样品为挂片样品。
8.根据权利要求1或7所述的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,其中,当所述样品为挂片样品时,所述评价缓蚀剂缓蚀效率的系统进一步包括电化学测试设备,所述电化学测试设备包括一电化学工作站以及电极体系,所述电极体系为三电极体系,其连接于所述电化学工作站,所述三电极体系中的参比电极采用饱和甘汞电极,辅助电极采用铂金片,工作电极为所述的挂片样品。
9.根据权利要求1所述的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,其中,所述安全阀门通过一管线连接于所述容器,该管线用于将泄压后的气体送去进行无害化处理。
10.根据权利要求1所述的评价缓蚀剂缓蚀效率的系统,其中,所述气体释放阀门通过一管线连接于所述容器,该管线用于将泄压后的气体送去进行无害化处理。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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