CN107101903A - 高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，具有依次连接的混合单元、加压单元以及测试单元，混合单元：包括砂桶、砂浆泵，砂桶内安装有将注入砂桶的固体颗粒与液体搅拌混合的螺旋片；加压单元：包括对实验介质加压的往复柱塞泵、对往复柱塞泵增压的双柱塞泵，测试单元：包括具有高压内腔的釜体、釜盖，釜体内侧壁上设有连接往复柱塞泵出口端的喷头，正对喷头的釜体中央设有夹持金属试样的试样夹具，喷头上设有对实验介质加热的加热元件。本发明可进行高温高压多相流条件下的喷射实验，模拟实际井下多种开采状态下油套管和多相流对过流部件的冲刷腐蚀情况，对各种过流部件的材质和不同表面防护措施的腐蚀速率进行测试。

Description

高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置
技术领域
本发明涉及金属材料应用技术领域，尤其涉及一种用于油气田材料腐蚀性能测试的高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置。
背景技术
在油气田开采及油气集输过程中，高温高压流体流过各种管道等过流部件时，机械性的冲刷和电化学的腐蚀相互作用，尤其在携带固体颗粒时，会对金属材料造成极大的破坏，这些过流部件寿命极具缩短，造成破坏泄露时会引起经济损失，严重时会造成事故，冲刷腐蚀问题已成为油气田首要问题。
在油气田开采过程中，井下多为高温高压的环境，尤其有些工况下还含有固体颗粒，更加快了一些过流部件损坏，为接近实际工况，通常采用在高温高压多相流环境下对金属材料进行冲刷腐蚀实验，以有助于对金属材料的筛选。目前，常规的冲刷腐蚀实验存在着以下不足：首先，用于高温高压多相流冲刷腐蚀实验的装置结构多为搅拌斧式，流速较慢，固体颗粒混合不均，涡流的影响，不能真实模拟实际工况下对材料多角度冲刷并快速筛选；其次，现有的冲刷腐蚀喷射式实验装置，实现的喷射压力不够高，较井下实际工况还不够准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种更接近实际井下工况环境的高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，通过对金属材质和不同表面防护措施下腐蚀速率的测试，为冲刷腐蚀的防护措施提供准确可靠的实验理论依据，以此对多相流高温高压的环境下金属材料腐蚀作用规律的研究，实现对金属材料抗腐蚀性的评价和筛选。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，用于在多相流高温高压环境下金属材料的抗腐蚀性能测试，具有通过输送管道依次连接的混合单元、加压单元以及测试单元，
混合单元：将固体和液体混合成实验介质，包括砂桶、砂浆泵，砂桶内安装有将注入砂桶的固体颗粒与液体搅拌混合的螺旋片，砂浆泵连接砂桶下料端将实验介质传送至加压单元；
加压单元：对混合单元所传送来的实验介质加压，包括与砂浆泵出料端相连对实验介质加压的往复柱塞泵、对往复柱塞泵增压的双柱塞泵，
测试单元：将加压后的实验介质喷射于试样表面进行冲刷腐蚀实验，包括具有高压内腔的釜体、密封连接于釜体上的釜盖，釜体内侧壁上设有连接往复柱塞泵出口端的喷头，正对喷头的釜体中央设有夹持金属试样的试样夹具，喷头上设有对实验介质加热的加热元件。
为方便调节加入砂桶的固体和液体量，所述的砂桶外侧壁安装有调节固体颗粒添加量的调节阀，通入砂桶的液体入口管路上设有控制液体流量的流量计阀门，所述的螺旋片与液体出口管路相通。
为提高往复柱塞泵的增压效果，确保液压油的稳定循环，所述的双柱塞泵通过偏心轮带动提供油压而对往复柱塞泵增压，双柱塞泵的柱塞缸容积与往复柱塞泵的高压缸容积相等。
为方便对进入釜体的流体压力进行调节，所述的往复柱塞泵和双柱塞泵均管路连接有调节压力的单向阀，往复柱塞泵通向喷头的管路上设有观察压力的第一压力表。
为确保实验场地的卫生干净，加强环境保护，防止所述的测试单元连接有废液回收单元，废液回收单元包括与釜体管路相连的废液槽，釜体与废液槽之间设有控制废液排出釜体的高压阀门。
为满足对金属试样多样化测试要求，所述的釜体外接有可向釜体内输送硫化氢或二氧化碳气体的高压气瓶、实现对试样进行电化学测量的化学工作站。
所述的釜盖上安装有对釜体内实验温度和压力进行控制的温度传感器、第二压力表以及压力传感器，以控制釜体内压力和温度满足实验要求。
本发明的有益效果是：本发明能够进行高温高压多相流条件下的喷射实验，模拟实际井下多种开采状态下油套管的冲刷腐蚀和多相流对过流部件的冲刷腐蚀情况，尤其含有固体颗粒的情况，可进行不同温度、PH值、压力、流速、冲刷角度等条件下，对各种过流部件的材质和不同表面防护措施的腐蚀速率的测试，为提高材质的防护措施提供准确可靠的实验理论依据。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明最优实施例的结构示意图。
图2是往复柱塞泵的增压原理图。
图中1.砂桶 2.砂浆泵 3.螺旋片 4.往复柱塞泵 5.双柱塞泵 6.釜体7.釜盖 8.喷头 9.试样夹具 10.加热元件 11.调节阀 12.流量计阀门13.偏心轮 14.单向阀 15.第一压力表 16.废液槽 17.高压阀门 18.高压气瓶 19.化学工作站 20.温度传感器 21.第二压力表 22.压力传感器
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，用于在多相流高温高压环境下金属材料的抗腐蚀性能测试，具有通过输送管道依次连接的混合单元、加压单元、测试单元以及废液回收单元。
混合单元：将固体和液体混合成实验介质，包括砂桶1、砂浆泵2，砂桶1内安装有将注入砂桶1的固体颗粒与液体搅拌混合的螺旋片3，砂桶1外侧壁安装有调节阀11，通过手动调节砂桶1内固体颗粒的添加量，在砂桶1上还刻画有刻度线，以实现对砂桶1内固体颗粒加入量的定量控制，通入砂桶1的液体入口管路上设有控制液体流量的流量计阀门12，所述的螺旋片3与液体出口管路相通，砂浆泵2连接砂桶1下料端将实验介质传送至加压单元。
加压单元：对混合单元所传送来的实验介质加压，包括与砂浆泵2出料端相连对实验介质加压的往复柱塞泵4，往复柱塞泵4采用油压方式进行增压，油压由偏心轮13带动的双柱塞泵5提供，特别地，双柱塞泵5的柱塞缸容积与往复柱塞泵4的高压缸容积相等，以保证液压油的稳定循环；所述的往复柱塞泵4和双柱塞泵5均管路连接有调节压力的单向阀14，往复柱塞泵4通向喷头8的管路上设有观察压力的第一压力表15。
测试单元：将增压后的实验介质喷射于试样表面进行冲刷腐蚀实验，包括具有高压内腔的釜体6、密封连接于釜体6上的釜盖7，实验介质的输送管道通过焊接与釜体6密封连接，釜体6内侧壁上固定有连通往复柱塞泵4出口端的喷头8，正对喷头8的釜体6内腔中央位置设有夹持金属试样的试样夹具9，试样夹具9与釜体6螺纹连接，同时在釜体6外可对试样夹具9进行旋转角度的控制，以满足对试样多角度冲刷实验要求，喷头8上设有对实验介质加热的加热元件10；所述的釜盖7上安装有对釜体6内实验温度和压力进行控制的温度传感器20、第二压力表21以及压力传感器22。
另外，釜体6上外接有可向釜体6内输送硫化氢或二氧化碳气体的高压气瓶18、实现对试样进行电化学测量的化学工作站19，以满足对金属试样多样化测试需求。
所述的测试单元上连接有废液回收单元，废液回收单元包括与釜体6管路相连的废液槽16，釜体6与废液槽16之间设有控制废液排出釜体6的高压阀门17。
如图2所示，上述往复柱塞泵4增压原理是：当液压油作用于往复柱塞泵4高压缸中的活塞时，活塞杆同时作用于多相实验介质，假设没有摩擦损耗，多项实验介质的压力乘以活塞杆的截面积等于油压乘以活塞有效面积，活塞的有效面积与活塞杆的横截面积之比即为往复柱塞泵4的增压比，本实验装置采用的增压比为1:30，当油压为2Mpa时，实验介质压力即为60Mpa，在增压比一定的情况下，可通过调节单向阀14并观察压力表15实现对压力的调节。
本发明通过高温高压多相流条件下对金属试样的喷射实验，可以真实地模拟实际井下多种开采状态下油套管的冲刷腐蚀和多相流对过流部件的冲刷腐蚀情况，尤其是含有固体颗粒的情况，可进行不同温度、PH值、压力、流速、冲刷角度等条件下，对各种过流部件的材质和不同表面防护措施的腐蚀速率的测试，为提高材质的防护措施提供准确可靠的实验理论依据。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，用于在多相流高温高压环境下金属材料的抗腐蚀性能测试，其特征是：具有通过输送管道依次连接的混合单元、加压单元以及测试单元，
混合单元：将固体和液体混合成实验介质，包括砂桶(1)、砂浆泵(2)，砂桶(1)内安装有将注入砂桶(1)的固体颗粒与液体搅拌混合的螺旋片(3)，砂浆泵(2)连接砂桶(1)下料端将实验介质传送至加压单元；
加压单元：对混合单元所传送来的实验介质加压，包括与砂浆泵(2)出料端相连对实验介质加压的往复柱塞泵(4)、对往复柱塞泵(4)增压的双柱塞泵(5)；
测试单元：将加压后的实验介质喷射于试样表面进行冲刷腐蚀实验，包括具有高压内腔的釜体(6)、密封连接于釜体(6)上的釜盖(7)，釜体(6)内侧壁上设有连接往复柱塞泵(4)出口端的喷头(8)，正对喷头(8)的釜体(6)中央设有夹持金属试样的试样夹具(9)，喷头(8)上设有对实验介质加热的加热元件(10)。
2.如权利要求1所述的高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，其特征是：所述的砂桶(1)外侧壁安装有调节固体颗粒添加量的调节阀(11)，通入砂桶(1)的液体入口管路上设有控制液体流量的流量计阀门(12)，所述的螺旋片(3)与液体出口管路相通。
3.如权利要求1所述的高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，其特征是：所述的双柱塞泵(5)通过偏心轮(13)带动提供油压而对往复柱塞泵(4)增压，双柱塞泵(5)的柱塞缸容积与往复柱塞泵(4)的高压缸容积相等。
4.如权利要求3所述的高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，其特征是：所述的往复柱塞泵(4)和双柱塞泵(5)均管路连接有调节压力的单向阀(14)，往复柱塞泵(4)通向喷头(8)的管路上设有观察压力的第一压力表(15)。
5.如权利要求1所述的高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，其特征是：所述的测试单元连接有废液回收单元，废液回收单元包括与釜体(6)管路相连的废液槽(16)，釜体(6)与废液槽(16)之间设有控制废液排出釜体(6)的高压阀门(17)。
6.如权利要求1所述的高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，其特征是：所述的釜体(6)外接有可向釜体(6)内输送硫化氢或二氧化碳气体的高压气瓶(18)、实现对试样进行电化学测量的化学工作站(19)。
7.如权利要求1所述的高温高压多相流喷射式冲刷腐蚀实验装置，其特征是：所述的釜盖(7)上安装有对釜体(6)内实验温度和压力进行控制的温度传感器(20)、第二压力表(21)以及压力传感器(22)。
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