CN107144522B - 一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统 - Google Patents

一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统 Download PDF

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Abstract

一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟方法及系统，属于试验模拟方法及装置领域。该系统包括油气腐蚀模拟高温高压装置和海水腐蚀模拟装置。高温高压容器用于模拟设备装置内部输送油气介质的CO2、Cl‑等溶液、气体、温度和流速等腐蚀环境，海水腐蚀模拟装置能够实现海水腐蚀环境溶液、溶解氧、温度和冲蚀速度角度等环境模拟，从而有效模拟了水下油气开采装置内外部环境温度，真实再现了水下油气开采装置服役状况，有助于评价水下油气开采装置腐蚀环境适应性及其防护措施筛选，保证了试验准确度。

Description

一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统
技术领域
本发明属于试验模拟方法及装置测试领域，涉及一种模拟海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，尤其适用于模拟水下油气开采装置在外部海水腐蚀和内部输送介质协同作用下材质腐蚀环境适应性评价和防护措施筛选。
背景技术
我国海洋资源的开发、油气田开采必须逐渐向深井、高腐蚀环境方向发展。随着服役环境越来越苛刻，相关水下油气开采装置处于极端恶劣环境，不仅承受内部H2S、CO2、高Cl-介质腐蚀，同时还受到海水温度、pH值、含盐度、压力、溶解氧含量以及流速等多种因素的协同作用，水下油气开采装置防腐性能直接关乎了井筒寿命及油气田安全生产，对其合理选材及防护措施筛选至关重要。然而当前现有试验评价主要针对海水或油气介质单一环境进行模拟，无法再现材料内外环境协同腐蚀损伤，不能有效评价材质的腐蚀环境适应性及防护措施筛选。目前传统试验装置也无法实现海水腐蚀和输送介质协同作用下腐蚀评价。实验室用高温高压釜，性能单一，仅能模拟单一腐蚀环境，缺乏水下油气开采装置内外腐蚀环境协同作用的模拟表征；中国专利申请号为200510011461.X专利同样存在上述问题，该专利提供了一种海水腐蚀模拟系统，不过该装置只能体现水下开采装置外部海水腐蚀环境，而且还缺乏对海水流速的有效模拟，同样无法再现材料内外环境的协同腐蚀损伤。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，能够模拟水下油气开采装置材质环境适应性评价及解决腐蚀防护措施筛选的难题。
为克服现有技术中的问题，本发明采用如下的技术方案：
一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，其特征在于，包括油气腐蚀模拟高温高压装置和海水腐蚀模拟装置，其中，所述油气腐蚀模拟高温高压装置包括高温高压容器，高温高压容器顶部设置有进气管线和出气管线，高温高压容器底部设置有第一测温电偶和伸入高温高压容器内部的驱动装置，驱动装置的端部设置有叶轮；放置于高温高压容器内的试样一个表面暴露于高温高压装置模拟的油气环境中，另一个表面暴露于海水腐蚀模拟装置模拟的海水环境中。
本发明进一步的改进在于，高温高压容器外侧设置有加热保温装置。
本发明进一步的改进在于，海水腐蚀模拟装置包括控温配液组件和设置在高温高压容器内的试验容器；控温配液组件包括用于盛溶液的耐压容器，耐压容器内设置有内置温控配件和溶解氧测试配件，耐压容器上设置有进气管道和出气管道；耐压容器与试验容器之间设置有出水管道和进水管道。
本发明进一步的改进在于，进水管道一端伸入试验容器中，并且伸入试验容器内的进水管道端部设置有可调节角度端头，另一端伸入耐压容器内；出水管道一端伸入试验容器中，另一端伸入耐压容器内。
本发明进一步的改进在于，试验容器呈圆柱状，并且试验容器安装在高温高压容器的顶盖中央。
本发明进一步的改进在于，试验容器内还设置有内置动力驱动配件。
本发明进一步的改进在于，试验容器上设置有伸入试验容器内部的第二测温电偶，并且第二测温电偶与内置温控配件相连。
本发明进一步的改进在于，试验容器侧壁上开设有用于安装试样的试样安装窗口。
本发明进一步的改进在于，通过密封圈和试样紧固件将试样安装在试样安装窗口上，形成试验容器内部海水腐蚀环境与外部的高温高压容器内部模拟油气环境的隔离。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过设置油气腐蚀模拟高温高压装置和海水腐蚀模拟装置，高温高压容器借助第一测温电偶、进出气管线和驱动装置，用于实现盛放溶液、温度控制和满足气体压力要求，主要用于模拟设备内部输送油气介质腐蚀环境。驱动装置采用下部驱动，通过叶轮搅动流体，实现对油气介质流速环境模拟。海水腐蚀模拟装置能够实现海水腐蚀环境溶液、溶解氧、温度和冲蚀速度角度等环境模拟，试样一个表面暴露于高温高压容器模拟的油气环境中，另一个表面暴露于海水腐蚀模拟装置模拟的海水腐蚀环境中，从而实现海洋和油气介质环境协同作用腐蚀模拟。本发明能够利用简易装置，有效模拟水下装置承受的内外部环境，真实再现了装置服役状况，进而有效评价水下采油装置腐蚀环境适应性及其防护措施筛选，保证了试验准确度，简洁方便。
进一步的，高温高压容器外侧设置有加热保温装置，能够实现高温高压容器内油气介质的温度控制。
进一步的，通过耐压容器内置动力配件驱动溶液通过进水管道和出水管道，能够为试验容器提供海水试验溶液循环。海水试验溶液借助内置动力驱动配件调节流速，通过进水管道管端携带的可调节角度端头控制溶液喷射角度，形成海浪冲蚀环境模拟。海水试验溶液温度由插入试验容器的第二测温电偶测试并将其反馈至控温配液组件，通过其内置温控配件调节循环溶液温度，进而达到控制试验容器内部温度的效果。海水试验溶液溶解氧由内置溶解氧测试配件测试，通过外部气源和进口管线和出气管线调节进而达到控制海水溶液溶解氧的效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供海洋环境和油气介质协同作用腐蚀模拟系统的结构示意图。
图2为本发明实施例提供海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统的试样安装组件结构示意图。
图中，1为油气腐蚀模拟高温高压装置，11为高温高压容器，12为第一测温电偶，13为加热保温装置，14为进气管线，15为出气管线，16为驱动装置，17为叶轮，2为海水腐蚀模拟装置，21为试验容器，22为控温配液组件，23为试样安装窗口，24为内置动力驱动配件，25为进水管道，26为出水管道，27为可调节角度端头，28为第二测温电偶，29为内置温控配件，291为溶解氧测试配件，292为进气管道，293为出气管道，3为试样安装组件，31为密封圈，32为试样紧固件，33为试样。
具体实施方式
为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
参见图1，本发明提供的海洋环境和油气介质协同作用腐蚀模拟系统包括油气腐蚀模拟高温高压装置1、海水腐蚀模拟装置2和试样安装组件3。试验中，油气腐蚀模拟高温高压装置1用于模拟设备装置内部输送油气介质的H2S、CO2、Cl-等溶液、气体、温度和流速等腐蚀环境，海水腐蚀模拟装置2能够实现海水腐蚀环境溶液、溶解氧、温度和冲蚀速度角度等环境模拟，试样安装组件3能够有效隔离高温高压装置和海水腐蚀模拟环境，从而实现海洋和油气介质环境协同作用腐蚀模拟。
其中，作为油气腐蚀模拟高温高压装置1的一种具体实现方式，油气腐蚀模拟高温高压装置1包括由高温高压容器11、第一测温电偶12、加热保温装置13、进气管线14、出气管线15和驱动装置16构成，用于实现盛放溶液、温度控制、满足气体压力和流速要求，主要用于模拟设备内部输送油气介质腐蚀环境。高温高压容器11外侧设置有加热保温装置13，高温高压容器11顶部设置有进气管线14和出气管线15，高温高压容器11底部设置有第一测温电偶12和伸入高温高压容器内部的驱动装置16，驱动装置16的端部设置有叶轮17。驱动装置16采用下部驱动，通过叶轮17搅动流体，实现对油气介质流速环境模拟。
其中，海水腐蚀模拟装置2包括试验容器21和控温配液组件22，控温配液组件22与试验容器21相连。
其中，试验容器21呈圆柱状，通过螺纹连接安装在高温高压容器11顶盖内部正中央。试验容器21侧壁上开设有用于安装试样33的试样安装窗口23，试样安装窗口23与试验容器内部相连通，试样安装窗口23底部留有边沿。
其中，控温配液组件22包括用于盛溶液的耐压容器，耐压容器内设置有内置温控配件29、溶解氧监测装置291和内置动力驱动配件24，同时耐压容器上还装配有进气管道292和出气管道293。耐压容器与试验容器21之间设置有出水管道26和进水管道25，即进水管道25一端伸入试验容器21中，并且伸入试验容器21内的进水管道25端部设置有可调节角度端头27，另一端伸入耐压容器内；出水管道26一端伸入试验容器21中，另一端伸入耐压容器内。
试验容器21上设置有伸入试验容器21内部的第二测温电偶28，并且第二测温电偶28与内置温控配件29相连。控温配液组件22通过内置动力驱动配件24驱动溶液由进水管道25和出水管道26为试验容器21提供海水试验溶液循环。海水试验溶液借助内置动力驱动配件24调节流速，通过进水管道25管端携带的可调节角度端头27控制溶液喷射角度，实现对海洋环境海浪冲蚀环境模拟。海水试验溶液温度由插入试验容器21内部的第二测温电偶28测试并将其反馈至控温配液组件22，通过其内置温控配件29调节循环溶液温度，进而达到控制试验容器21内部温度的效果。海水试验溶液溶解氧由插入容器溶液内的溶解氧测试配件291测试，由外部气源通过进口管道292和出气管道293调节控制。
参见图2，试样安装组件3包括密封圈31和带有通孔的试样紧固件32，密封圈31垫于试样安装窗口23边沿上，试样紧固件32能够将试样33密封压紧于窗口中并将窗口填满，形成试验容器21内部海水腐蚀环境与外部的高温高压容器11内部模拟油气环境的隔离。试验中，试样33一面暴露于试验容器21内的海水环境中，而另一面暴露于高温高压容器11中油气内部环境中，进而能够同时实现对海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀同步模拟的效果。
本发明的工作过程为：将试样通过密封圈31和试样紧固件32安装在试样安装窗口23边沿上，并且试样紧固件32能够将试样33密封于窗口中并将窗口填满，高温高压容器内部模拟输送油气介质的H2S、CO2、Cl-等溶液和气体等腐蚀环境，通过叶轮17搅动流体，实现对油气介质流速环境模拟。通过第一测温电偶12实现输送油气介质的温度调节。
海水腐蚀模拟装置2模拟海水腐蚀环境溶液、溶解氧、温度和冲蚀速度角度等环境，控温配液组件22通过内置动力驱动配件24驱动溶液由进水管道25和出水管道26为试验容器21提供海水试验溶液循环。具体的，海水试验溶液借助内置动力驱动配件24调节流速，通过进水管道25管端携带的可调节角度端头27控制溶液喷射角度，实现对海洋环境海浪冲蚀环境模拟。海水试验溶液温度由插入试验容器21内部的第二测温电偶28测试并将其反馈至控温配液组件22，通过其内置温控配件29调节循环溶液温度，进而达到控制试验容器21内部温度的效果。海水试验溶液溶解氧由插入容器溶液内的溶解氧测试配件291测试，由外部气源通过进口管道292和出气管道293调节控制。试验中，试样33一面暴露于试验容器21内的海水环境中，而另一面暴露于高温高压容器11中油气内部环境中，进而能够同时实现对海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀同步模拟的效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，其特征在于，包括油气腐蚀模拟高温高压装置(1)和海水腐蚀模拟装置(2)，其中，所述油气腐蚀模拟高温高压装置(1)包括高温高压容器(11)，高温高压容器(11)顶部设置有进气管线(14)和出气管线(15)，高温高压容器底部设置有第一测温电偶(12)和伸入高温高压容器内部的驱动装置(16)，驱动装置(16)的端部设置有叶轮(17)；放置于高温高压容器内的试样一个表面暴露于高温高压装置模拟的油气环境中，另一个表面暴露于海水腐蚀模拟装置模拟的海水环境中；
海水腐蚀模拟装置(2)包括控温配液组件(22)和设置在高温高压容器(11)内的试验容器(21)；控温配液组件(22)包括用于盛溶液的耐压容器，耐压容器内设置有内置温控配件(29)和溶解氧测试配件(291)，耐压容器上设置有进气管道(292)和出气管道(293)；耐压容器与试验容器(21)之间设置有出水管道(26)和进水管道(25)。
2.根据权利要求1所述的一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，其特征在于，高温高压容器外侧设置有加热保温装置(13)。
3.根据权利要求1所述的一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，其特征在于，进水管道(25)一端伸入试验容器(21)中，并且伸入试验容器(21)内的进水管道(25)端部设置有可调节角度端头(27)，另一端伸入耐压容器内；出水管道(26)一端伸入试验容器(21)中，另一端伸入耐压容器内。
4.根据权利要求1所述的一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，其特征在于，试验容器(21)呈圆柱状，并且试验容器(21)安装在高温高压容器(11)的顶盖中央。
5.根据权利要求1所述的一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，其特征在于，试验容器(21)内还设置有内置动力驱动配件(24)。
6.根据权利要求1所述的一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，其特征在于，试验容器(21)上设置有伸入试验容器(21)内部的第二测温电偶(28)，并且第二测温电偶(28)与内置温控配件(29)相连。
7.根据权利要求1所述的一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，其特征在于，试验容器(21)侧壁上开设有用于安装试样的试样安装窗口(23)。
8.根据权利要求7所述的一种海洋环境和油气介质协同作用下腐蚀模拟系统，其特征在于，通过密封圈(31)和试样紧固件(32)将试样(33)安装在试样安装窗口(23)上，形成试验容器(21)内部海水腐蚀环境与外部的高温高压容器内部模拟油气环境的隔离。
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