CN108226017A - 模拟油气井腐蚀环境的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟油气井腐蚀环境的装置及方法，该装置包括：液相反应容器、气相反应容器，液相反应容器包括第一釜体以及设置在第一釜体外部的第一温控装置；气相反应容器包括第二釜体，以及用于对第二釜体进行温控的第二温控装置，且液相反应容器的顶部与气相反应容器的底部固定连接且相互连通。本发明可实现全面呈现油气井管路的腐蚀环境，获取油气井管路的准确腐蚀规律，以有效应对油气井管路的腐蚀问题。

Description

模拟油气井腐蚀环境的装置及方法

技术领域

本发明涉及石油勘探开发领域，尤其涉及一种模拟油气井腐蚀环境的装置及方法。

背景技术

在石油勘探开发中，经常会出现管路腐蚀的情况，该情况在油气井的套管和油管所形成的环形空间中尤为严重。

其腐蚀产生的原因，通常是由于油气井的井底产出液中包含了水、硫化氢、二氧化碳、原油和天然气等腐蚀性成份，某些情况下这些腐蚀性成份会进入上述的套管和油管所形成的环形空间内，导致环形空间的油管外壁和套管内壁发生严重腐蚀，严重影响油管和套管的使用寿命，造成资源浪费。然而，上述腐蚀是一个长期的，自然且缓慢的过程，人们很难在石油勘探开发的现场对该腐蚀过程进行有效的分析，因此，为全面了解腐蚀过程以有效应对油气井管路(如，油管、套管)腐蚀问题，亟需建立一套油气井的腐蚀环境的仿真装置，获得准确的腐蚀规律，以根据该仿真装置所提供的腐蚀数据有效应对管路腐蚀问题。

发明内容

本发明提供一种模拟油气井腐蚀环境的装置及方法，可实现全面呈现油气井管路的腐蚀环境，获取油气井管路的准确腐蚀规律，以有效应对油气井管路的腐蚀问题。

第一方面，本发明提供一种模拟油气井腐蚀环境的装置，包括：

液相反应容器、气相反应容器；

所述液相反应容器包括第一釜体以及设置在所述第一釜体外部的第一温控装置，其中所述第一釜体顶部设有第一开口；

所述气相反应容器包括第二釜体，以及用于对所述第二釜体进行温控的第二温控装置，所述第二釜体底部设有第二开口；

所述第一釜体的顶部与所述第二釜体的底部固定连接；

所述第一开口与所述第二开口对齐，以使所述第一釜体与所述第二釜体连通；

所述第二釜体的顶部设置有釜盖，还设置有与所述釜盖连接的用于注入气体和液体的气液相阀；

所述第二釜体的釜盖上设置有用于悬挂待腐蚀样品的第一吊挂装置和第二吊挂装置；其中，所述第一吊挂装置向所述第二釜体的底端延伸且不超出所述第二釜体底部，所述第二吊挂装置向所述第二釜体的底端延伸且超过所述第二釜体底部。

可选地，所述第一温控装置包括：加热油槽、电加热棒、第一测温装置；所述加热油槽环套在所述第一釜体的外部，所述电加热棒和第一测温装置设在所述加热油槽与所述第一釜体所形成的中空隔层内。

可选地，所述第二温控装置包括：温控夹套、第二测温装置；所述温控夹套设置在所述第二釜体的外部；所述第二测温装置设置在所述第二釜体的釜盖上并向下延伸至第二釜体内。

可选地，所述温控夹套内设置有加热器和/或制冷器。

可选地，所述模拟油气井腐蚀环境的装置还包括：与所述第二釜体的釜盖相连接的压力表。

可选地，所述第一吊挂装置包括：至少一个第一吊挂杆、至少一个第一夹持器；所述第一吊挂杆与所述第二釜体的釜盖固定连接；所述第一夹持器设置在所述第一吊挂杆的末端，用于夹持在所述气相反应容器内进行腐蚀实验的待腐蚀样品。

所述第二吊挂装置包括：支杆、吊挂盘、至少一个第二夹持器；

所述支杆的顶端与所述第二釜体的釜盖固定连接，所述支杆的末端与所述吊挂盘固定连接；所述吊挂盘上悬挂有至少一个所述第二夹持器，所述第二夹持器用于夹持在所述液相反应容器内进行腐蚀实验的待腐蚀样品。

可选地，所述液相反应容器的所述第一釜体内注有模拟腐蚀溶液，所述模拟腐蚀溶液为油田地层水或模拟地层水；所述气相反应容器的所述第二釜体内注有模拟腐蚀气体；其中，所述模拟腐蚀气体为以下至少一种气体：硫化氢、二氧化碳、甲烷、氮气。

第二方面，本发明提供一种应用上述模拟油气井腐蚀环境的装置的模拟油气井腐蚀环境的方法，包括：

所述液相反应容器接收从所述气液相阀注入的模拟腐蚀溶液；

所述气相反应容器接收从所述气液相阀注入的氮气，以去除所述气相反应容器的所述第二釜体内的氧气；

所述气相反应容器接收从所述气液相阀注入的模拟腐蚀气体；

所述第一温控装置控制所述液相反应容器内的所述模拟腐蚀溶液达到第一预设温度；

所述第二温控装置控制所述气相反应容器内的所述模拟腐蚀气体达到第二预设温度。

可选地，所述气相反应容器接收从所述气液相阀注入的加压气体，以使所述所述气相反应容器内的压力达到1Mpa；其中，所述加压气体为氮气。

可选地，第二预设温度包括：50℃、70℃、90℃、110℃。

从本发明的实施例可知，本发明通过在模拟油气井腐蚀环境的装置中设置液相反应容器、气相反应容器，液相反应容器包括第一釜体以及设置在第一釜体外部的第一温控装置；气相反应容器包括第二釜体，以及用于对第二釜体进行温控的第二温控装置可实现全面呈现油气井管路的腐蚀环境，获取油气井管路的准确腐蚀规律，以有效应对油气井管路的腐蚀问题。

附图说明

图1为一示例性实施例示出的模拟油气井腐蚀环境的装置的结构示意图；

图2为一示例性实施例示出的应用图1的模拟油气井腐蚀环境的装置的模拟油气井腐蚀环境的方法流程图；

图3为图2的模拟油气井腐蚀环境的方法的一种腐蚀规律曲线图。

附图说明：

10-液相反应容器、20-气相反应容器、30-气液相阀、40-压力表、50-支架、11-第一釜体、12-第一温控装置、13-第一开口、14-液相法兰、21-第二釜体、22-第二温控装置、23-第二开口、24-釜盖、25-气相法兰、26-第一吊挂装置、27-第二吊挂装置、28-螺栓、29-连接法兰、121-加热油槽、122-电加热棒、123-第一测温装置、124-注油口、125-排油口、221温控夹套、222-第二测温装置、261-第一吊挂杆、262-第一夹持器、271-支杆、272-吊挂盘、273-第二夹持器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为一示例性实施例示出的模拟油气井腐蚀环境的装置的结构示意图，该实施例包括：

液相反应容器10、气相反应容器20，气相反应容器20位于液相反应容器10的下方，液相反应容器10用于模拟油气井的液体腐蚀环境，气相反应容器20用于模拟油气井的气体腐蚀环境；液相反应容器10包括第一釜体11以及设置在第一釜体11外部的第一温控装置12，其中第一釜体10顶部设有第一开口13，具体的，第一釜体11可以是U型构造，第一开口13开口向上，第一温控装置12用于模拟油气井的液体腐蚀环境的温度控制；气相反应容器20包括第二釜体21，以及用于对第二釜体21进行温控的第二温控装置22，第二釜体21底部设有第二开口23，第二釜体21可以是倒U型构造，第二开口23开口向下，第二温控装置22用于模拟油气井的气体腐蚀环境的温度控制，如加热或制冷；第一釜体11的顶部与第二釜体21的底部固定连接，其中第一釜体11的顶部设有液相法兰14，第二釜体21的底部设有连接法兰29，第一釜体11与第二釜体21通过设置在液相法兰14和连接法兰29的螺栓28连接；第一开口13与第二开口23对齐，以使第一釜体11与第二釜体21连通；第二釜体21的顶部设置有釜盖24，釜盖24通过螺栓与第二釜体21的气相法兰25连接，该模拟油气井腐蚀环境的装置还设置有与釜盖24连接的用于注入气体和液体的气液相阀30，同时该气液相阀30还可以连接外部加压设备(图中未示出)，用于模拟油气井的液体腐蚀环境的压力控制，即提供模拟油气井的液体腐蚀环境所需的不同的压力；第二釜体21的釜盖24上设置有用于悬挂待腐蚀样品的第一吊挂装置26和第二吊挂装置27；其中，第一吊挂装置26向第二釜体21的底端延伸且不超出第二釜体21底部，第二吊挂装置27向第二釜体21的底端延伸且超过第二釜体21底部，第一吊挂装置26和第二吊挂装置27悬挂的待腐蚀样品可以是钢材，其中第一吊挂装置26悬挂的待腐蚀样品用于在气相反应容器中测试油气井腐蚀环境为气体时的腐蚀情况，第二吊挂装置27悬挂的待腐蚀样品用于测试在液相反应容器测试油气井腐蚀环境为液体时的腐蚀情况。此外，模拟油气井腐蚀环境的装置还包括一个支架50，与液相反应容器20的液相法兰14连接，用于支撑该模拟油气井腐蚀环境的装置。

从本发明的实施例可知，本发明通过在模拟油气井腐蚀环境的装置设置液相反应容器、气相反应容器，液相反应容器包括第一釜体以及设置在第一釜体外部的第一温控装置；气相反应容器包括第二釜体，以及用于对第二釜体进行温控的第二温控装置，可实现全面呈现油气井管路的腐蚀环境，获取油气井管路的准确腐蚀规律，以有效应对油气井管路的腐蚀问题。并且，由于通过液相反应容器模拟油气井腐蚀环境为液体的环境，通过气相反应容器模拟油气井腐蚀环境为气体的环境，本发明可实现同时模拟油气井腐蚀环境为液体和气体的腐蚀环境。另外，由于第一釜体与第二釜体是连通的，即液相反应容器与气相反应容器是连通的，则在通过气相反应容器模拟的油气井充满气体时的腐蚀环境，同时受到液相反应容器中腐蚀液体的挥发性成分(如水以及溶于腐蚀液体中的气体)的影响，液相反应容器中腐蚀液体的挥发性成分会进入气相反应容器，这与真实的油气井的腐蚀环境(即底部液体腐蚀环境与上部气体腐蚀环境是连通状态)是一致的，使得利用本发明的模拟油气井腐蚀环境的装置获取的油气井管路的腐蚀规律更准确。

在上述实施例的基础上，如图1所示，

可选地，第一温控装置12包括：加热油槽121、至少一个电加热棒122、第一测温装置123；加热油槽121环套在第一釜体11的外部，至少一个电加热棒122和第一测温装置123设在加热油槽121与第一釜体11所形成的中空隔层内。由于油气井不同的井深的温度不同，因此可通过第一温控装置控制液相反应容器的温度变化，可是实现模拟不同井深的油气井的液体腐蚀环境。

具体的，第一温控装置12的加热油槽121的侧壁上设有注油口124，用于向加热油槽121与第一釜体11所形成的中空隔层内注入加热油，加热油槽121的底部还设有排油口125；第一测温装置12的一端插入中空隔层内，另一端延伸超出加热油槽121，以便于温度值的读取；至少一个电加热棒122可以是周向的设置在加热油槽121底部；第一测温装置123可以是高温高压温度计。

可选地，第二温控装置22包括：温控夹套221、第二测温装置222；温控夹套221设置在第二釜体21的外部；第二测温装置222设置在第二釜体21的釜盖上并向下延伸至第二釜体21内。由于油气井不同的井深的温度不同，因此可通过第二温控装置控制气相反应容器的温度变化，可是实现模拟不同井深的油气井的气体腐蚀环境。

具体的，温控夹套221为圆筒状，环套在第二釜体21的外部；第二测温装置22为高温高压温度计，用于测试气相反应容器的第二釜体21内的温度；第二测温装置222可以是高温高压温度计。

可选地，温控夹套221内设置有加热器和/或制冷器(图中未标出)，可实现当第二釜体21内的温度达不到实验需要的温度时，温控夹套221内设置的加热器用于第二釜体21的加热；当由于受到第一釜体11的热传递的影响，第二釜体21内的温度达超过了实验需要的温度时，温控夹套221内设置的制冷器用于第二釜体21的冷却。

可选地，上述模拟油气井腐蚀环境的装置还包括：与第二釜体201的釜盖204相连接的压力表40。

具体的，该压力表40可以是高温高压压力表，用于测试第二釜体21内的气体压力，该气体包括模拟腐蚀气体或加压气体(如，加压氮气)。

可选地，第一吊挂装置26包括：至少一个第一吊挂杆261、至少一个第一夹持器262；第一吊挂杆261与第二釜体21的釜盖24固定连接；第一夹持器262设置在第一吊挂杆261的末端，用于夹持在气相反应容器内进行腐蚀实验的待腐蚀样品。

第二吊挂装置27包括：支杆271、吊挂盘272、至少一个第二夹持器273；

支杆271的顶端与第二釜体21的釜盖24固定连接，支杆的271末端与吊挂盘272固定连接；吊挂盘272上悬挂有至少一个第二夹持器273，第二夹持器273用于夹持在液相反应容器内进行腐蚀实验的待腐蚀样品。

具体的，至少一个第一吊挂杆261沿釜盖的周向设置；至少一个第二夹持器273可以沿吊挂盘272的周向设置；待腐蚀样品可以是油气井套管或油管常见的钢材型号，如P110S钢。

可选地，液相反应容器10的第一釜体11内注有模拟腐蚀溶液，模拟腐蚀溶液为油田地层水或模拟地层水；气相反应容器20的第二釜体21内注有模拟腐蚀气体；其中，模拟腐蚀气体为以下至少一种气体：硫化氢、二氧化碳、甲烷、氮气。由于油气井中最常见的强腐蚀气体位硫化氢、二氧化碳，因此模拟腐蚀气体最常用的是硫化氢与二氧化碳的混合气体。

具体的，模拟地层水的具体配方如表1所示：

表1

如图2所示，为一示例性实施例示出的应用上述模拟油气井腐蚀环境的装置的模拟油气井腐蚀环境的方法的流程图，该实施例包括：

步骤201：液相反应容器接收从气液相阀注入的模拟腐蚀溶液。

具体的，模拟腐蚀溶液为模拟地层水(具体配方参见表1)；配置好模拟地层水还需要经过除氧处理：将配置好模拟地层水导入充气瓶中，并通入氮气(或其它惰性气体)除氧2小时以上。

步骤202、气相反应容器接收从气液相阀注入的氮气，以去除气相反应容器的第二釜体内的氧气。

具体的，注入的氮气的时间不少于30分钟，以确保氧气除尽。

步骤203、气相反应容器接收从气液相阀注入的模拟腐蚀气体；

具体的，模拟腐蚀气体为硫化氢与二氧化碳的混合气体。

具体的，气液相阀首先接收注入0.2MPa的硫化氢，再接收注入0.1Mpa的二氧化碳。且由于硫化氢与二氧化碳在模拟地层水的溶解效应，注入时需要考虑其溶解的时间要适当延长注入时间，等待注入时的压力稳定后再进行下一步。

步骤204、第一温控装置控制液相反应容器内的模拟腐蚀溶液达到第一预设温度。

具体的，第一预设温度为模拟环形空间充满腐蚀液体的环境温度，如，该温度可以控制130℃。

步骤205、第二温控装置控制气相反应容器内的模拟腐蚀气体达到第二预设温度。

从上述实施例可知，通过液相反应容器接收模拟腐蚀溶液，气相反应容器接收从气液相阀注入的模拟腐蚀气体，第一温控装置控制液相反应容器内的模拟腐蚀溶液达到第一预设温度第二温控装置控制气相反应容器内的模拟腐蚀气体达到第二预设温度，本发明可实现全面呈现油气井管路的腐蚀环境，获取油气井管路的准确腐蚀规律，以有效应对油气井管路的腐蚀问题。从本发明的实施例可知，本发明可实现全面呈现油气井管路的腐蚀环境，获取油气井管路的准确腐蚀规律，以有效应对油气井管路的腐蚀问题。并且，由于通过液相反应容器模拟油气井腐蚀环境为液体的环境，通过气相反应容器模拟油气井腐蚀环境为气体的环境，本发明可实现同时模拟油气井腐蚀环境为液体和气体的腐蚀环境。

在上述实施例的基础上，可选地，气相反应容器接收从气液相阀注入的加压气体，以使气相反应容器内的压力达到1Mpa；其中，加压气体为氮气。

可选地，第二预设温度包括：50℃、70℃、90℃、110℃。

如表2所示，为利用上述模拟油气井腐蚀环境的装置进行腐蚀实验的方法的实验数据，其中50℃、70℃、90℃、110℃模拟腐蚀环境为气体环境，130℃模拟的腐蚀环境为液体环境。

表2

如图3所示，为应用上述实施例的实验方法得到的腐蚀规律曲线图：采用模拟油气井腐蚀环境的装置模拟的待腐蚀样品(P110S钢)在不同井深温度下的油气井环形空间腐蚀环境中的腐蚀规律曲线，其中，y轴代表模拟温度(单位℃)，x轴代表腐蚀速率(单位mm/a)。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种模拟油气井腐蚀环境的装置，其特征在于，包括：液相反应容器、气相反应容器；

所述液相反应容器包括第一釜体以及设置在所述第一釜体外部的第一温控装置，其中所述第一釜体顶部设有第一开口；

所述气相反应容器包括第二釜体，以及用于对所述第二釜体进行温控的第二温控装置，所述第二釜体底部设有第二开口；

所述第一釜体的顶部与所述第二釜体的底部固定连接；

所述第一开口与所述第二开口对齐，以使所述第一釜体与所述第二釜体连通；

所述第二釜体的顶部设置有釜盖，还设置有与所述釜盖连接的用于注入气体和液体的气液相阀；

所述第二釜体的釜盖上设置有用于悬挂待腐蚀样品的第一吊挂装置和第二吊挂装置；其中，所述第一吊挂装置向所述第二釜体的底端延伸且不超出所述第二釜体底部，所述第二吊挂装置向所述第二釜体的底端延伸且超过所述第二釜体底部。

2.根据权利要求1所述的模拟油气井腐蚀环境的装置，其特征在于，所述第一温控装置包括：加热油槽、电加热棒、第一测温装置；

所述加热油槽环套在所述第一釜体的外部，所述电加热棒和第一测温装置设在所述加热油槽与所述第一釜体所形成的中空隔层内。

3.根据权利要求1所述的模拟油气井腐蚀环境的装置，其特征在于，所述第二温控装置包括：温控夹套、第二测温装置；

所述温控夹套设置在所述第二釜体的外部；

所述第二测温装置设置在所述第二釜体的釜盖上并向下延伸至第二釜体内。

4.根据权利要求3所述的模拟油气井腐蚀环境的装置，其特征在于，

所述温控夹套内设置有加热器和/或制冷器。

5.根据权利要求1所述的模拟油气井腐蚀环境的装置，其特征在于，还包括：

与所述第二釜体的釜盖相连接的压力表。

6.根据权利要求1所述的模拟油气井腐蚀环境的装置，其特征在于，

所述第一吊挂装置包括：至少一个第一吊挂杆、至少一个第一夹持器；

所述第一吊挂杆与所述第二釜体的釜盖固定连接；所述第一夹持器设置在所述第一吊挂杆的末端，用于夹持在所述气相反应容器内进行腐蚀实验的待腐蚀样品；

所述第二吊挂装置包括：支杆、吊挂盘、至少一个第二夹持器；

所述支杆的顶端与所述第二釜体的釜盖固定连接，所述支杆的末端与所述吊挂盘固定连接；

所述吊挂盘上悬挂有至少一个所述第二夹持器，所述第二夹持器用于夹持在所述液相反应容器内进行腐蚀实验的待腐蚀样品。

7.根据权利要求1-6任一所述的模拟油气井腐蚀环境的装置，其特征在于，

所述液相反应容器的所述第一釜体内注有模拟腐蚀溶液，所述模拟腐蚀溶液为油田地层水或模拟地层水；

所述气相反应容器的所述第二釜体内注有模拟腐蚀气体；其中，所述模拟腐蚀气体为以下至少一种气体：硫化氢、二氧化碳、甲烷、氮气。

8.一种应用权利要求1-6的模拟油气井腐蚀环境的装置的模拟油气井腐蚀环境的方法，其特征在于，包括：

所述液相反应容器接收从所述气液相阀注入的模拟腐蚀溶液；

所述气相反应容器接收从所述气液相阀注入的氮气，以去除所述气相反应容器的所述第二釜体内的氧气；

所述气相反应容器接收从所述气液相阀注入的模拟腐蚀气体；

所述第一温控装置控制所述液相反应容器内的所述模拟腐蚀溶液达到第一预设温度；

所述第二温控装置控制所述气相反应容器内的所述模拟腐蚀气体达到第二预设温度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述气相反应容器接收从所述气液相阀注入的加压气体，以使所述所述气相反应容器内的压力达到1Mpa；其中，所述加压气体为氮气。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二预设温度包括：50℃、70℃、90℃、110℃。