CN107421878A - 一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置及测试方法，包括介质驱替单元、腐蚀测试单元，温压控制单元及废液回收单元；所述介质驱替单元通过驱替泵连接到腐蚀测试单元上，腐蚀测试单元由三部分组成，分别通过不同的传感器连接到温压控制单元上，并将相关参数上传至计算机。本发明的优点在于：真实模拟连续工况作业下油套管在高温高压环境下的流体腐蚀情况，可定量分析多相流介质对油套管的腐蚀状况。

Description

一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及石油化工防腐技术领域，特别涉及一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置，还涉及基于该装置的测试方法。

背景技术

随着我国油气田的不断开发，越来越多的酸性油气藏在国内不断被发现。酸性油气藏与常规油气藏最大的不同在于酸性气体的存在，多相流酸性介质在开发过程中，随着温度、压力、流速等的变化，对油套管等存在着不同程度的损害，尤其是在不同工况作业下，这种差异就更明显。如何有效评价不同工况作业下油套管的腐蚀情况在学术和工程实际中具有重要的价值，国内外的学者对这一领域进行了一些研究并取得了一定的研究成果，如申请号为CN201610211592.0的《一种可模拟复杂环境的腐蚀试验装置及实验方法-申请》，公开了一种可有效模拟多种实际工况，完成复杂环境下的多种材料腐蚀性能评价，但该发明所模拟的多种工况均为单一独立的过程，不能真实反映出连续工况作业对材料腐蚀性能的影响；申请号为CN201310312097.5的《多组介质动态腐蚀测试装置及其测试方法》，公开了一种多相介质高温高压腐蚀速率测试装置，可模拟井下动态腐蚀环境，但该发明未解决连续工况作业下井下高温高压腐蚀测试的问题；申请号为CN201610536457.3的《一种高温高压多相流动可视化环路腐蚀测试装置及方法》，该发明公开了一种高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置及方法，可真实模拟高温高压环境下亚临界、超临界流体，但仍不能模拟连续工况作业下的材料腐蚀。上述实验设备和实验方法均未能解决模拟连续工况作业下的腐蚀测试，并且其评价结果与工程实际结果存在较大差异。

当前，常用的腐蚀测试装置仅能模拟单一工况作业下流动介质对试片的腐蚀情况，不能实现模拟连续工况作业下流动介质对试片的腐蚀，很难真实反映现场连续工况作业下多相流介质对油套管腐蚀的复杂情况。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置及测试方法，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置，包括：腐蚀测试单元(1)、介质驱替单元(2)、温压控制单元(3)和废液回收单元(4)。

所述介质驱替单元(2)由气瓶组(2-1)、增压泵(2-2)、单向控制阀(2-3)、三通阀(2-4)、单流阀(2-5)组成，所述气瓶组(2-1)由H2S储气瓶、CO2储气瓶和N2储气瓶组成；H2S储气瓶、CO2储气瓶和N2储气瓶通过三通阀与增压泵(2-2)相连，增压泵(2-2)后端连接单向控制阀(2-3)及压力表，压力表通过管线连接到腐蚀测试单元上(1)。

所述腐蚀测试单元包括三个反应釜，分别为反应釜一、反应釜二和反应釜三，上述反应釜结构相同，都由腐蚀反应釜单元、动力搅拌单元、试片悬挂单元组成。反应釜一、反应釜二、反应釜三设置5-10cm的高度差。

所述腐蚀反应釜单元由釜盖(1-1)、釜体(1-3)、加热套(1-4)、进气阀(1-7)、泄压阀(1-9)、温度探针(1-2)组成；

所述釜体(1-3)为一端开口的空心柱状体，内部用于盛装实验介质，开口端由釜盖(1-1)密封，所述釜盖(1-1)上部安装温度探针(1-2)，下部放置有磁力转子(1-6)。

所述釜体(1-3)的侧壁具有换液通道(1-13)，使得实验介质可以在反应釜间进行流动；所述换液通道(1-13)上安装有换液阀(1-12)及视窗(1-14)，通过视窗(1-14)可看到实验介质的相态。

所述釜体(1-3)外部设置有加热套(1-4)，保证釜体内部温度恒定，波动范围可控，该釜体(1-3)侧面设置有泄压阀(1-9)，底端设置有进气阀(1-7)。

所述动力搅拌单元由磁力转子(1-6)、磁力搅拌器(1-8)、超声波流量计(1-15)组成；磁力转子(1-6)由无级变速强磁力搅拌器(1-8)控制转动，使釜体(1-3)内的液体产生流动，从而模拟挂片试样在液体流动下的腐蚀情况；

所述试片悬挂单元由挂片试样(1-11)、试样架(1-10)、流态阻隔板(1-5)组成。实验挂片试样(1-11)固定在试样架(1-10)上，并将试样架放置于釜体(1-3)内。

所述温压控制单元(3)包括计算机(3-1)、指示灯(3-2)、压力表(3-3)、温度显示器(3-4)、温度控制表(3-5)、温压控制开关(3-6)。其中压力表(3-3)与压力传感器(3-7)相连，温度显示器(3-4)与温控探针(1-2)相连。

进一步地，所述釜体(1-3)、釜盖(1-1)、换液通道(1-13)均采用哈氏合金C276加工制造，具有耐酸、耐碱以及对氯气、二氧化氯溶液等各种浓度的酸溶液具有很好的耐腐蚀性能。釜体(1-3)内部的气密封压力最高可达到70MPa，最高实验温度200℃。

进一步地，所述的温度探针(1-2)具有数据监测特点，可通过与电脑连接控制。

进一步地，所述的磁力转子(1-6)由无级变速强磁力搅拌器(1-8)控制转动，使釜体(1-3)内的液体产生流动，从而模拟挂片试样在液体流动下的腐蚀情况；

进一步地，所述磁力转子(1-6)上设置有刻度线(1-6-1)，通过计算磁力转子的线速度可以推算出液体不同位置的流动速度，从而可模拟不同流速情况下挂片试样的腐蚀情况；

进一步地，所述的实验挂片试样(1-11)固定在试样架(1-10)上，并将试样架放置于釜体(1-3)内。

本发明还公开了一种模拟连续工况作业的腐蚀实验测试方法，包括以下步骤：

第一步，检查实验设备的密封性能。

第二步，根据现场工况确定气相、液相、固相组分，通过釜体容积计算得到实验条件。

第三步，按照实验条件，分别在反应釜一、反应釜二、反应釜三安装试样。

第四步，开启通风设备及气体检测报警器等防护设备，打开各腐蚀反应釜电源和温压控制系统主机。除氧后关闭进气阀(1-7)，用氮气进行试压；然后对釜体(1-3)进行升温至实验指定温度，待温度达到实际实验温度后，将实验介质通入釜体(1-3)，并按实验参数设定磁力搅拌器(1-8)转速。

第五步，达到实验设定时间后，停止磁力搅拌器(1-8)，关闭腐蚀反应釜电源，将腐蚀反应釜三内的实验介质排出到废液池(4)中，打开换液阀(1-12)将反应釜二中的实验介质通过换液通道(1-13)驱替至反应釜三中，将反应釜一中的实验介质驱替至反应釜二中，取出反应釜一中的挂片试样备用；

第六步，执行步骤4相同的操作，再次达到设定时间后，停止磁力搅拌器(1-8)，关闭腐蚀反应釜电源，将腐蚀反应釜三内的实验介质排出到废液池(4)中，打开换液阀(1-12)将反应釜二中的实验介质通过换液通道(1-13)驱替至反应釜三中，取出反应釜二中的挂片试样备用；

第七步，执行步骤4相同的操作，到设定时间后，停止磁力搅拌器(1-8)，关闭腐蚀反应釜电源，将腐蚀反应釜三内的实验介质排出到废液池(4)中，取出反应釜三中的挂片试样备用；

第八步，清洗反应釜一、二、三取出的挂片试样并称重，计算腐蚀速率大小。可对不同材质、不同温度下的耐腐蚀性能进行对比。

第九步，测试试样表面腐蚀产物膜组分，观察腐蚀产物膜形貌特征，测定腐蚀产物膜的电化学特性。

第十步，对腐蚀实验数据进行处理，并对连续工况作业下试样耐腐蚀性能进行综合评价。

与现有技术相比本发明的优点在于：

1.本发明通过反应釜一、反应釜二、反应釜三等多个系统的联动，使多种工作环境实现连续有效的传递，能够真实模拟连续工况作业下油套管的腐蚀状况。

2.本发明反应釜一、反应釜二、反应釜三设置有一定的高度差，高度差的存在一方面可以使液体有效传递，另一方面可有效模拟现场作业中工作液驱替不干净的情况，更能充分反应实际工况。

3.常规腐蚀反应釜采用釜体内加搅拌叶片的方式使流体产生流动，本发明通过磁力搅拌装置，在釜体内放置磁力转子，通过电磁力使流体产生流动，优点是装置结构简单、易于拆卸、密封效果好，且模拟流体流动状态与实际工况相接近。

4.本发明磁力转子上设置有不同的刻度，可通过计算磁力转子不同位置的线速度，从而推算出不同位置的液体流速，进而计算不同流速下挂片试样腐蚀情况。

5.本发明不仅可以模拟连续工况作业下的油套管腐蚀状况，同样可以模拟单一工况作业下的油套管腐蚀，既可以做液相动静态腐蚀实验，又可以做气相动静态腐蚀实验。

6.本发明可采用温度恒定、压力恒定、流速稳定的循环流体，适合于模拟高温高压腐蚀环境。

附图说明

图1是本发明实施例的腐蚀测试单元结构图；

图2是本发明实施例中单个腐蚀反应釜单元结构图；

图3是本发明实施例中加压系统示意图；

图4是本发明实施例中温压控制单元示意图；

图5是本发明实施例中磁力转子结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置，包括：腐蚀测试单元1、介质驱替单元2、温压控制单元3和废液回收单元4。

如图3所示，所述介质驱替单元2由气瓶组2-1、增压泵2-2、单向控制阀2-3、三通阀2-4、单流阀2-5组成，所述气瓶组2-1由H2S储气瓶、CO2储气瓶和N2储气瓶组成；H2S储气瓶、CO2储气瓶和N2储气瓶通过三通阀与增压泵2-2相连，增压泵2-2后端连接单向控制阀2-3及压力表，压力表通过管线连接到腐蚀测试单元上1。

所述腐蚀测试单元包括三个反应釜，分别为反应釜一、反应釜二和反应釜三，上述反应釜结构相同，都由腐蚀反应釜单元、动力搅拌单元、试片悬挂单元组成。反应釜一、反应釜二、反应釜三设置10cm的高度差。

如图2所示，所述腐蚀反应釜单元由釜盖1-1、釜体1-3、加热套1-4、进气阀1-7、泄压阀1-9、温度探针1-2组成；

所述釜体1-3为一端开口的空心柱状体，内部用于盛装实验介质，开口端由釜盖1-1密封，所述釜盖1-1上部安装温度探针1-2，下部放置有磁力转子1-6。

所述釜体1-3的侧壁具有换液通道1-13，使得实验介质可以在反应釜间进行流动；所述换液通道1-13上安装有换液阀1-12及视窗1-14，通过视窗1-14可看到实验介质的相态。

所述釜体1-3外部设置有加热套1-4，保证釜体内部温度恒定，波动范围可控，该釜体1-3侧面设置有泄压阀1-9，底端设置有进气阀1-7。

所述釜体1-3、釜盖1-1、换液通道1-13均采用哈氏合金C276加工制造，具有耐酸、耐碱以及对氯气、二氧化氯溶液等各种浓度的酸溶液具有很好的耐腐蚀性能。釜体1-3内部的气密封压力最高可达到70MPa，最高实验温度200℃。

所述动力搅拌单元由磁力转子1-6、磁力搅拌器1-8、超声波流量计1-15组成；磁力转子1-6由无级变速强磁力搅拌器1-8控制转动，使釜体1-3内的液体产生流动，从而模拟挂片试样在液体流动下的腐蚀情况；

所述试片悬挂单元由挂片试样1-11、试样架1-10、流态阻隔板1-5组成。实验挂片试样1-11固定在试样架1-10上，并将试样架放置于釜体1-3内。

所述的温度探针1-2具有数据监测特点，可通过与电脑连接控制。

所述的实验挂片试样1-11固定在试样架1-10上，并将试样架放置于釜体1-3内。

如图4所示，所述温压控制单元3包括计算机3-1、指示灯3-2、压力表3-3、温度显示器3-4、温度控制表3-5、温压控制开关3-6。其中压力表3-3与压力传感器3-7相连，温度显示器3-4与温控探针1-2相连。

如图5所示，所述的磁力转子1-6由无级变速强磁力搅拌器1-8控制转动，使釜体1-3内的液体产生流动，从而模拟挂片试样在液体流动下的腐蚀情况；

所述磁力转子1-6上设置有刻度线1-6-1，通过计算磁力转子的线速度可以推算出液体不同位置的流动速度，从而可模拟不同流速情况下挂片试样的腐蚀情况；

一种模拟连续工况作业的腐蚀实验测试方法，包括以下步骤：

第一步，检查实验设备的密封性能。

第二步，根据现场工况确定气相、液相、固相组分，通过釜体容积计算得到实验条件。

第三步，按照实验条件，分别在反应釜一、反应釜二、反应釜三安装试样。

第四步，开启通风设备及气体检测报警器等防护设备，打开各腐蚀反应釜电源和温压控制系统主机。除氧后关闭进气阀1-7，用氮气进行试压；然后对釜体1-3进行升温至实验指定温度，待温度达到实际实验温度后，将实验介质通入釜体1-3，并按实验参数设定磁力搅拌器1-8转速。

第五步，达到实验设定时间后，停止磁力搅拌器1-8，关闭腐蚀反应釜电源，将腐蚀反应釜三内的实验介质排出到废液池4中，打开换液阀1-12将反应釜二中的实验介质通过换液通道1-13驱替至反应釜三中，将反应釜一中的实验介质驱替至反应釜二中，取出反应釜一中的挂片试样备用；

第六步，执行步骤4相同的操作，再次达到设定时间后，停止磁力搅拌器1-8，关闭腐蚀反应釜电源，将腐蚀反应釜三内的实验介质排出到废液池4中，打开换液阀1-12将反应釜二中的实验介质通过换液通道1-13驱替至反应釜三中，取出反应釜二中的挂片试样备用；

第七步，执行步骤4相同的操作，到设定时间后，停止磁力搅拌器1-8，关闭腐蚀反应釜电源，将腐蚀反应釜三内的实验介质排出到废液池4中，取出反应釜三中的挂片试样备用；

第八步，清洗反应釜一、二、三取出的挂片试样并称重，计算腐蚀速率大小。可对不同材质、不同温度下的耐腐蚀性能进行对比。

第九步，测试试样表面腐蚀产物膜组分，观察腐蚀产物膜形貌特征，测定腐蚀产物膜的电化学特性。

第十步，对腐蚀实验数据进行处理，并对连续工况作业下试样耐腐蚀性能进行综合评价。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置，其特征在于包括：腐蚀测试单元(1)、介质驱替单元(2)、温压控制单元(3)和废液回收单元(4)；

所述介质驱替单元(2)由气瓶组(2-1)、增压泵(2-2)、单向控制阀(2-3)、三通阀(2-4)、单流阀(2-5)组成，所述气瓶组(2-1)由H2S储气瓶、CO2储气瓶和N2储气瓶组成；H2S储气瓶、CO2储气瓶和N2储气瓶通过三通阀与增压泵(2-2)相连，增压泵(2-2)后端连接单向控制阀(2-3)及压力表，压力表通过管线连接到腐蚀测试单元上(1)；

所述腐蚀测试单元包括三个反应釜，分别为反应釜一、反应釜二和反应釜三，上述反应釜结构相同，都由腐蚀反应釜单元、动力搅拌单元、试片悬挂单元组成；反应釜一、反应釜二、反应釜三设置5-10cm的高度差；

所述腐蚀反应釜单元由釜盖(1-1)、釜体(1-3)、加热套(1-4)、进气阀(1-7)、泄压阀(1-9)、温度探针(1-2)组成；

所述釜体(1-3)为一端开口的空心柱状体，内部用于盛装实验介质，开口端由釜盖(1-1)密封，所述釜盖(1-1)上部安装温度探针(1-2)，下部放置有磁力转子(1-6)；

所述釜体(1-3)的侧壁具有换液通道(1-13)，使得实验介质在反应釜间进行流动；所述换液通道(1-13)上安装有换液阀(1-12)及视窗(1-14)，通过视窗(1-14)用于观察实验介质的相态；

所述釜体(1-3)外部设置有加热套(1-4)，保证釜体内部温度恒定，波动范围可控，该釜体(1-3)侧面设置有泄压阀(1-9)，底端设置有进气阀(1-7)；

所述动力搅拌单元由磁力转子(1-6)、磁力搅拌器(1-8)、超声波流量计(1-15)组成；磁力转子(1-6)由无级变速强磁力搅拌器(1-8)控制转动，使釜体(1-3)内的液体产生流动，从而模拟挂片试样在液体流动下的腐蚀情况；

所述试片悬挂单元由挂片试样(1-11)、试样架(1-10)、流态阻隔板(1-5)组成；实验挂片试样(1-11)固定在试样架(1-10)上，并将试样架放置于釜体(1-3)内；

所述温压控制单元(3)包括计算机(3-1)、指示灯(3-2)、压力表(3-3)、温度显示器(3-4)、温度控制表(3-5)、温压控制开关(3-6)；其中压力表(3-3)与压力传感器(3-7)相连，温度显示器(3-4)与温控探针(1-2)相连。

2.根据权利要求1所述的一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置，其特征在于：所述釜体(1-3)、釜盖(1-1)、换液通道(1-13)均采用哈氏合金C276加工制造，具有耐酸、耐碱以及对氯气、二氧化氯溶液等各种浓度的酸溶液具有很好的耐腐蚀性能；釜体(1-3)内部的气密封压力最高达到70MPa，最高实验温度200℃。

3.根据权利要求2所述的一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置，其特征在于：所述的温度探针(1-2)具有数据监测特点，通过与电脑连接控制。

4.根据权利要求3所述的一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置，其特征在于：所述的磁力转子(1-6)由无级变速强磁力搅拌器(1-8)控制转动，使釜体(1-3)内的液体产生流动，从而模拟挂片试样在液体流动下的腐蚀情况。

5.根据权利要求4所述的一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置，其特征在于：所述磁力转子(1-6)上设置有刻度线(1-6-1)，通过计算磁力转子的线速度推算出液体不同位置的流动速度，从而模拟不同流速情况下挂片试样的腐蚀情况。

6.根据权利要求5所述的一种模拟连续工况作业的腐蚀实验装置，其特征在于：所述的实验挂片试样(1-11)固定在试样架(1-10)上，并将试样架放置于釜体(1-3)内。

7.一种模拟连续工况作业的腐蚀实验测试方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，检查实验设备的密封性能；

第二步，根据现场工况确定气相、液相、固相组分，通过釜体容积计算得到实验条件；

第三步，按照实验条件，分别在反应釜一、反应釜二、反应釜三安装试样；

第四步，开启通风设备及气体检测报警器等防护设备，打开各腐蚀反应釜电源和温压控制系统主机；除氧后关闭进气阀(1-7)，用氮气进行试压；然后对釜体(1-3)进行升温至实验指定温度，待温度达到实际实验温度后，将实验介质通入釜体(1-3)，并按实验参数设定磁力搅拌器(1-8)转速；

第五步，达到实验设定时间后，停止磁力搅拌器(1-8)，关闭腐蚀反应釜电源，将腐蚀反应釜三内的实验介质排出到废液池(4)中，打开换液阀(1-12)将反应釜二中的实验介质通过换液通道(1-13)驱替至反应釜三中，将反应釜一中的实验介质驱替至反应釜二中，取出反应釜一中的挂片试样备用；

第六步，执行步骤4相同的操作，再次达到设定时间后，停止磁力搅拌器(1-8)，关闭腐蚀反应釜电源，将腐蚀反应釜三内的实验介质排出到废液池(4)中，打开换液阀(1-12)将反应釜二中的实验介质通过换液通道(1-13)驱替至反应釜三中，取出反应釜二中的挂片试样备用；

第七步，执行步骤4相同的操作，到设定时间后，停止磁力搅拌器(1-8)，关闭腐蚀反应釜电源，将腐蚀反应釜三内的实验介质排出到废液池(4)中，取出反应釜三中的挂片试样备用；

第八步，清洗反应釜一、二、三取出的挂片试样并称重，计算腐蚀速率大小；对不同材质、不同温度下的耐腐蚀性能进行对比；

第九步，测试试样表面腐蚀产物膜组分，观察腐蚀产物膜形貌特征，测定腐蚀产物膜的电化学特性；

第十步，对腐蚀实验数据进行处理，并对连续工况作业下试样耐腐蚀性能进行综合评价。