CN107290229B - 高温高压冲蚀腐蚀疲劳测试装置 - Google Patents

高温高压冲蚀腐蚀疲劳测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明应用于材料实验科学领域，涉及高温高压冲蚀腐蚀疲劳测试装置，包括高温高压釜，在高温高压釜内安装试样夹持机构；高温高压釜为圆柱形罐体，在高温高压釜的一侧连接密封冲蚀循环回路，密封冲蚀循环回路上连接有冲蚀泵，冲蚀泵的出水口连接喷嘴，喷嘴对应试样夹持机构中的试样，利用冲蚀泵使高温高压釜体内流体在试样上形成高速冲蚀腐蚀环境；高温高压釜釜体内有温度压力传感器，冲蚀泵、温度压力传感器分别通过线缆与计算机相连；高温高压釜通过管线、增压泵与高压气瓶相连。本发明可以用于模拟测试钻井设备及完井生产管线在冲蚀作用下的疲劳性能。

Description

高温高压冲蚀腐蚀疲劳测试装置
技术领域
本发明应用于材料实验科学领域，涉及一种高温高压冲蚀腐蚀疲劳测试装置，具体说该装置能够较好的模拟油井管在实际工况下的高温高压冲蚀疲劳性能。
背景技术
目前高温高压油气井，尤其是高温高压超深油气井的管柱失效问题日益严重，很多失效的管柱处于冲蚀和振动等多种工况下，而现有的装置难以模拟井筒高温高压冲蚀腐蚀环境下的材料疲劳问题。由于在高温高压油气井的钻井过程以及开采过程中，油井管材料的疲劳性能不能忽略，而同时油井管又处于井内流体冲蚀状态下，因此模拟井筒高温高压环境下材料冲蚀腐蚀疲劳性能的装置具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对以往弯曲疲劳试验机的缺点，提供一种能够较好模拟油井管在井下高温高压冲蚀腐蚀情况下耐高温、耐高压、耐流体腐蚀的结构简单，能够提供试样冲蚀腐蚀情况的动态弯曲疲劳试验装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
高温高压冲蚀腐蚀疲劳测试装置，包括高温高压釜，在高温高压釜内安装试样夹持机构；高温高压釜为圆柱形罐体，在高温高压釜的一侧连接密封冲蚀循环回路，密封冲蚀循环回路上连接有冲蚀泵，冲蚀泵的出水口连接喷嘴，喷嘴对应试样夹持机构中的试样，利用冲蚀泵使高温高压釜内流体在试样上形成高速冲蚀腐蚀环境；高温高压釜釜体内有温度压力传感器，冲蚀泵、温度压力传感器分别通过线缆与计算机相连；
高温高压釜通过管线、增压泵与高压气瓶相连。
高温高压釜釜体外包裹一层加热套，加热套的控制系统与计算机相连。
试样夹持机构包括上夹持机构、下夹持机构，试样夹持在上夹持机构、下夹持机构之间；
上夹持机构包括上夹持悬挂，上夹持悬挂安装在高温高压釜釜体顶部的悬挂上，还包括一对上夹持轴承滚轮，上夹持轴承滚轮通过轴承与动力机构连接；一对上夹持轴承滚轮之间安装有上锁紧销钉；动力机构通过线缆与计算机相连；
下夹持机构包括一对下夹持轴承滚轮，一对下夹持轴承滚轮之间安装有下锁紧销钉；一对下夹持轴承滚轮下方还安装有支撑销钉；用于调整下夹持机构夹持试样长度与上夹持机构夹持试样长度相等；下夹持机构安装在夹持底座上；
上夹持机构、下夹持机构分别与螺杆连接，螺杆通过釜体密封螺帽穿过高温高压釜侧壁，通过釜体密封螺帽与螺杆的配合在试样上产生扭矩。
釜体及冲蚀循环回路选用C276合金，以满足高温高压腐蚀性测试环境，且高温高压釜内各机构均采用抗高温高压、耐腐蚀性能较好的不锈钢制成，釜体内有温度压力传感器，可以实时采集釜体内温度压力变化，且通过线缆与计算机相连，将数据实时保存。
釜体外包裹一层加热套，且加热套与计算机相连，可通过计算机实时监测釜体内温度并精确调整，使温度控制在误差范围内。
釜体通过管线与高压气瓶相连，管线通过增压泵可实现实验初期为釜体增压。
计算机控制线路与冲蚀泵、加热套和动力机构相连，控制冲蚀泵和动力机构2的启停，控制加热套的温度。
该发明具有的技术效果有：
(1)该装置加热、冲蚀泵、试样旋转动力装置都与计算机相连，疲劳测试期间计算机实时控制釜体内温度，使测试条件能够准确模拟井下油井管的疲劳环境；如果测试周期内疲劳试样发生断裂，则计算机自动断开试样旋转动力装置和冲蚀泵，并记录旋转次数，从而实现简单并精准的实验。
(2)夹持装置的顶端和地段分别固定在釜体上，然后通过螺杆与釜体外螺帽配合，使试样承受恒定的弯曲载荷，再通过试样旋转动力装置将旋转力矩传递给试样，使试样处于旋转弯曲加载状态，另外，实验过程中冲蚀泵以设定冲蚀流速作用在实验测试段，从而实现了在高温高压情况下的冲蚀疲劳性能测试，为油井管在高温冲蚀环境中的疲劳性能提供指导。
(3)釜体、冲蚀循环装置试样夹持装置采用C276合金，其他部件均采用耐高温、高压抗腐蚀性能良好的不锈钢，旋转动力装置与釜体连接处采用橡胶密封，结构简单，密封性能好。
附图说明
下面结合附图和实验方法对本发明装置做进一步详细说明。
图1是本发明的结构图；
图2是本发明的夹持装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明
如图1和图2所示，高温高压冲蚀腐蚀疲劳测试装置，包括高温高压釜22，在高温高压釜22内安装试样夹持机构；高温高压釜22为圆柱形罐体，在高温高压釜22的一侧连接密封冲蚀循环回路23，密封冲蚀循环回路23上连接有冲蚀泵10，冲蚀泵10的出水口连接喷嘴13，喷嘴13对应试样夹持机构中的试样17，利用冲蚀泵10使高温高压釜22内流体在试样17上形成高速冲蚀腐蚀环境；高温高压釜22釜体内有温度压力传感器11，冲蚀泵10、温度压力传感器11分别通过线缆与计算机1相连；
高温高压釜22通过管线、增压泵5与高压气瓶相连。
高温高压釜22釜体外包裹一层加热套15，加热套15的控制系统与计算机1相连。
试样夹持机构包括上夹持机构24、下夹持机构25，试样17夹持在上夹持机构24、下夹持机构25之间；
上夹持机构24包括上夹持悬挂18，上夹持悬挂18安装在高温高压釜22釜体顶部的悬挂12上，还包括一对上夹持轴承滚轮20，上夹持轴承滚轮20通过轴承与动力机构2连接；一对上夹持轴承滚轮20之间安装有上锁紧销钉19；动力机构2通过线缆与计算机1相连；
下夹持机构25包括一对下夹持轴承滚轮14，一对下夹持轴承滚轮14之间安装有下锁紧销钉8；一对下夹持轴承滚轮14下方还安装有支撑销钉9；用于调整下夹持机构25夹持试样长度与上夹持机构24夹持试样长度相等；下夹持机构25安装在夹持底座16上；
上夹持机构24、下夹持机构25分别与螺杆21连接，螺杆21通过釜体密封螺帽6穿过高温高压釜22侧壁，通过釜体密封螺帽6与螺杆21的配合在试样17上产生扭矩。
本发明在使用过程为：
首先拔出支撑销钉9，将试样17放置于下夹持装置25的底端；
将试样17向上移动，放入上夹持装置24内，并锁紧支撑销钉9、上锁紧销钉19；
旋转釜体密封螺帽6，使试样17处于试验应力对应的弯曲状态；
向高温高压釜22内添加冲蚀流体，确保流体能够没过密封冲蚀循环回路23，并有足够的余量充满密封冲蚀循环回路23，确保喷嘴13随时有流体喷出；
密封高温高压釜22釜体，打开计算机1，设置加热套15温度，并通过温度压力传感器11随时监控釜体温度压力，使高温高压釜22处于试验温度范围；
通过增压泵5向高温高压釜22内注入试验用腐蚀性气体，模拟井下冲蚀环境；
通过计算机1设置动力机构2转速以及冲蚀泵10泵速，使试样17处于冲蚀疲劳状态，并记录试样17转速，实验开始；
待试样17断裂后，计算机1自动记录试样旋转圈数，并切断动力机构2以及冲蚀泵10电源，或者试样旋转圈数达到预定的循环次数后计算机1自动终止实验。
通过排液开关排除釜体流体，清洗高温高压釜22待下次实验。

Claims (1)

1.高温高压冲蚀腐蚀疲劳测试装置，包括高温高压釜(22)，其特征在于，在高温高压釜(22)内安装试样夹持机构；高温高压釜(22)为圆柱形罐体，在高温高压釜(22)的一侧连接密封冲蚀循环回路(23)，密封冲蚀循环回路(23)上连接有冲蚀泵(10)，冲蚀泵(10)的出水口连接喷嘴(13)，喷嘴(13)对应试样夹持机构中的试样(17)，利用冲蚀泵(10)使高温高压釜(22)内流体在试样(17)上形成高速冲蚀腐蚀环境；高温高压釜(22)釜体内有温度压力传感器(11)，冲蚀泵(10)、温度压力传感器(11)分别通过线缆与计算机(1)相连；
高温高压釜(22)通过管线、增压泵(5)与高压气瓶相连；
高温高压釜(22)釜体外包裹一层加热套(15)，加热套(15)的控制系统与计算机(1)相连；
所述的试样夹持机构包括上夹持机构(24)、下夹持机构(25)，试样(17)夹持在上夹持机构(24)、下夹持机构(25)之间；
上夹持机构(24)包括上夹持悬挂(18)，上夹持悬挂(18)安装在高温高压釜(22)釜体顶部的悬挂(12)上，还包括一对上夹持轴承滚轮(20)，上夹持轴承滚轮(20)通过轴承与动力机构(2)连接；一对上夹持轴承滚轮(20)之间安装有上锁紧销钉(19)；动力机构(2)通过线缆与计算机(1)相连；
下夹持机构(25)包括一对下夹持轴承滚轮(14)，一对下夹持轴承滚轮(14)之间安装有下锁紧销钉(8)；一对下夹持轴承滚轮(14)下方还安装有支撑销钉(9)；用于调整下夹持机构(25)夹持试样长度与上夹持机构(24)夹持试样长度相等；下夹持机构(25)安装在夹持底座(16)上；
上夹持机构(24)、下夹持机构(25)分别与螺杆(21)连接，螺杆(21)通过釜体密封螺帽(6)穿过高温高压釜(22)侧壁，通过釜体密封螺帽(6)与螺杆(21)的配合在试样(17)上产生扭矩。
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Application publication date: 20171024

Assignee: XINJIANG GRAND OILFIELD TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: SOUTHWEST PETROLEUM University

Contract record no.: X2021510000038

Denomination of invention: High temperature and high pressure erosion corrosion fatigue testing device

Granted publication date: 20190611

License type: Common License

Record date: 20210917

Application publication date: 20171024

Assignee: XI'AN MAURER PETROLEUM ENGINEERING LABORATORY Co.,Ltd.

Assignor: SOUTHWEST PETROLEUM University

Contract record no.: X2021510000037

Denomination of invention: High temperature and high pressure erosion corrosion fatigue testing device

Granted publication date: 20190611

License type: Common License

Record date: 20210916