CN108918405A - 一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统及方法，包括远程控制中心(1)、就地在线腐蚀监测单元(2)、传输光纤(3)、腐蚀数据采集器(4)、传感器和网线(10)，其中远程控制中心(1)连接就地在线腐蚀监测单元(2)，所述就地在线腐蚀监测单元(2)通过传输光纤(3)连接腐蚀数据采集器(4)，其中腐蚀数据采集器(4)通过网线(10)连接传感器。本发明可确定埋地油井管线的腐蚀损伤状态、腐蚀层破损点定位、评估防腐层的老化状态，作为制定维修方案的基础，可确定油井管线腐蚀状况和速率，预测油井管线的安全使用寿命，避免可能发生因腐蚀泄漏的隐患，可优化缓蚀剂最佳加注量，评估油井管线强制外加电流阴极保护效果。
Description
技术领域
本发明涉及油井管线腐蚀在线监测技术领域，特别涉及一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统及方法。
背景技术
油井管线的腐蚀损伤将严重降低管线的结构强度、承受能力和可靠性，缩短管线的使用寿命，增大运行风险，大大地增加维修费用、缩短维修和更换周期，威胁整个输送系统的安全。油井管线泄漏已成为油田重大风险源，严重影响了油田安全生产。针对现场油井管线腐蚀、破损及第三方破坏等逐渐呈现多发态势的现状，常规的人工检测已经不能满足现场需求，现行在线监测技术各有局限，诸如油井管线剩余壁厚的检测等项目还要进行开挖检测，除了费用很高之外，势必会对管线造成一定的不良影响。由于埋地管线所处地区的不同，土壤腐蚀环境、管线腐蚀层的状态、阴极保护有效性、输送原油介质、管线运行条件等差异的原因，导致了管线腐蚀损伤状态不同。这些差异使得在腐蚀监测的过程中，实施监测项目的侧重点有所不同，需要采取不同的检测传感器和方法，因此研发一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统和方法很有市场前景。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统及方法，克服了现有技术中1：常规的人工检测不能满足现场需求；2：现行在线监测技术各有局限；3：无法检测加注缓蚀剂和外加电流阴极保护效果等问题。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，包括远程控制中心、就地在线腐蚀监测单元、传输光纤、腐蚀数据采集器、传感器和网线，其中远程控制中心连接就地在线腐蚀监测单元，所述就地在线腐蚀监测单元通过传输光纤连接腐蚀数据采集器，其中腐蚀数据采集器通过网线连接传感器。
优选的，所述传感器包括电阻探针传感器、电化学探针传感器、电感探针传感器、测厚传感器和平均壁厚测量传感器，其中电阻探针传感器、电化学探针传感器、电感探针传感器、测厚传感器和平均壁厚测量传感器分别通过网线连接腐蚀数据采集器。
优选的，所述电阻探针传感器、电化学探针传感器、电感探针传感器、测厚传感器和平均壁厚测量传感器的外壳分别连接接地电极，所述接地电极采用不锈钢接地钢钎。
优选的，所述电阻探针传感器、电化学探针传感器、电感探针传感器和平均壁厚测量传感器均设有探头，其中各探头分别设置于油井管线上。
优选的，所述电阻探针传感器的探头内部装设有金属试片。
优选的，所述测厚传感器包括第一传感器和第二传感器，其中第一传感器包括第一变送器和第一电阻传感器，所述第一变送器一端通过网线连接腐蚀数据采集器，其中第一变送器另一端连接第一电阻传感器，所述第一电阻传感器连接有多个探头，所述多个探头均匀设置于油井管线径向的圆周上，所述第二传感器包括第二变送器和第二电化学传感器，其中第二变送器一端通过网线连接腐蚀数据采集器，其中第二变送器另一端连接第二电化学传感器，所述第二电化学传感器连接有多个探头，所述多个探头均匀设置于油井管线径向的圆周上。
优选的，还设有第三变送器，其中第三变送器一端通过网线连接腐蚀数据采集器，所述第三变送器另一端连接平均壁厚测量传感器。
优选的，所述远程控制中心包括监控设备和SCADA控制系统，其中监控设备为计算机，所述SCADA控制系统安装于计算机中进行腐蚀数据分析，所述远程控制中心具有腐蚀数据采集、油井管线腐蚀的监视控制、信息显示、信息存储及报告、数据计算、事故追忆、事件顺序记录和在线参数预警功能；所述就地在线腐蚀监测单元设有计算机和信息储存模块，其中计算机用于显示腐蚀数据，便于就地监视，信息存储模块将腐蚀数据采集器传输的数据进行存储并上报给远程控制中心。
优选的，一种如上所述的油井管线防腐蚀效果在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1：进行远程控制中心和就地在线腐蚀监测单元配置，在远程控制中心配置监控设备，并安装SCADA控制系统，并将远程控制中心与就地在线腐蚀监测单元通过光缆连接；
步骤2：安装传感器，在油井管线上安装电阻探针传感器、电化学探针传感器、电感探针传感器、测厚传感器和平均壁厚测量传感器，其中电阻探针传感器、电化学探针传感器、电感探针传感器、测厚传感器和平均壁厚测量传感器的外壳分别连接接地电极；
步骤3：油井管线腐蚀数据采集器安装和传输光纤的铺设，将油井管线腐蚀数据采集器远离现场注意防爆安装在室内，利用传输光纤将腐蚀数据采集器和就地在线腐蚀监测单元连接。
步骤4：油井管线防腐蚀效果在线监测系统调试，将电阻探针传感器、电化学探针传感器、电感探针传感器、测厚传感器和平均壁厚测量传感器检测的数据上传至远程控制中心，在远程控制中心的SCADA控制系统配置画面里进行油井管线防腐蚀效果在线监测系统调试，比较腐蚀速率在0.25mm/a时各种传感器的响应时间；
步骤5：油井管线防腐蚀效果在线监测系统巡检开始工作，在就地在线腐蚀监测单元(2)的计算机上开启油井管线防腐蚀效果在线监测系统工作，油井管线防腐蚀效果在线监测系统巡检开始，电阻探针传感器(5)、电化学探针传感器(6)、电感探针传感器(7)、测厚传感器和平均壁厚测量传感器(9)开始工作，腐蚀数据采集器(4)将各种油井管线腐蚀信号经分析处理转换成4-20mA信号和RS-485信号，信号通过传输光纤(3)传输至就地在线腐蚀监测单元(2)上进行油井管线腐蚀数据的存储，再上传至远程控制中心(1)，经过SCADA控制系统处理，得到腐蚀的准确数据并进行腐蚀情况的计算，确定油井管线腐蚀泄漏状态，防腐层定位，评估防腐层的老化状态，判识管道运行参数，指导缓蚀剂的选型和使用浓度，调整缓蚀剂的加注，指导油井管线实现强制外加电流阴极保护的实施方案，并通过SCADA控制系统进行在线参数预警。
优选的，所述步骤五中通过SCADA控制系统得到腐蚀准确数据后计算腐蚀情况的方法如下：
所述电阻探针传感器(5)计算腐蚀情况的公式如下：
金属试片在某一温度下电阻值：R＝ρ×L/S
式中：ρ-为金属试片的电阻率；L-为金属试片的长度；S-为金属试片的截面积；
金属试片腐蚀深度H为：
式中：r0-为金属试片原始半径；R0-为腐蚀前电阻值；Rt-为腐蚀后电阻值；
金属试片腐蚀率计算公式：
式中：T2-T1为两次测量时间间隔，H2-H1为两次测量的腐蚀深度的差值；
所述电化学探针传感器(6)计算腐蚀情况的公式如下：
采用腐蚀电流密度表示腐蚀速度，其中腐蚀速度的单位为μA/cm2，腐蚀电流密度的单位为mm/a，其中1μA/cm2＝0.0117mm/a。
所述电感探针传感器(7)计算腐蚀情况的公式如下：
通过探头内围绕试样的线圈电感L测量腐蚀率，
dL/L＝dS/S
式中：线圈电感L；磁力线长度S；
腐蚀率V＝K△L
式中：K-影响常数；△L-线圈电感量；
所述平均壁厚测量传感器(9)计算腐蚀情况的公式如下：
油井管线平均厚度：Tt＝(BrTr-Bmhm)/Bt
其中：Tt-油井管线平均厚度；Bt-油井管线中平均磁感应强度；Tr-衔铁厚度；Br-衔铁中平均磁感应强度；Bm-两极间空气中的平均感应强度；hm-磁敏元件高度。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明巧妙的通过多种腐蚀检测方法的配合使用，保证了检测结果的可靠性，减少了单一方法检测结果的局限性，可确定埋地油井管线的腐蚀损伤状态、腐蚀层破损点定位、评估防腐层的老化状态、制定维修方案的基础，可确定油井管线腐蚀状况和速率，预测油井管线的安全使用寿命，避免可能发生因腐蚀泄漏的隐患；
(2)本发明通过数据的积累掌握腐蚀发生的规律，掌握缓蚀剂的缓蚀效果，指导缓蚀剂的选型和使用最佳浓度，调整缓蚀剂的加注，既能减缓腐蚀的发生，又能避免缓蚀剂的浪费，使工艺防腐有科学依据；本发明指导油井管线实现强制外加电流阴极保护最佳实施方案，进行强制电流阴极保护是控制外部腐蚀的有效技术，可有效地延长油井管线的使用寿命；
(3)本发明建立了油井管线腐蚀在线监测体系，为油井管线的更换、维修及维护提供了科学依据；对确保油井管线安全、高效、平稳运行、环境保护及保障油田可持续开发具有重要意义；本发明从设计功能，安全环保，操作方便保障了油井管线防腐蚀效果监测系统的可靠性、稳定性和准确性。
附图说明
图1、本发明的结构示意图。
附图标记说明：
1-远程控制中心，2-就地在线腐蚀监测单元，3-传输光纤，4-腐蚀数据采集器，5-电阻探针传感器，6-电化学探针传感器，7-电感探针传感器，8-第一变送器，9-平均壁厚测量传感器，10-网线，11-探头，12-第一电阻传感器，13-第二变送器，14-第二电化学传感器，15-第三变送器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，包括远程控制中心1、就地在线腐蚀监测单元2、传输光纤3、腐蚀数据采集器4、传感器和网线10，其中远程控制中心1连接就地在线腐蚀监测单元2，所述就地在线腐蚀监测单元2通过传输光纤3连接腐蚀数据采集器4，其中腐蚀数据采集器4通过网线10连接传感器。
实施例2
如图1所示，本发明公开了一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，包括远程控制中心1、就地在线腐蚀监测单元2、传输光纤3、腐蚀数据采集器4、传感器和网线10，其中远程控制中心1连接就地在线腐蚀监测单元2，所述就地在线腐蚀监测单元2通过传输光纤3连接腐蚀数据采集器4，其中腐蚀数据采集器4通过网线10连接传感器。
如图1所示，优选的，所述传感器包括电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9，其中电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9分别通过网线10连接腐蚀数据采集器4。
优选的，所述电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9的外壳分别连接接地电极，所述接地电极采用不锈钢接地钢钎。
如图1所示，优选的，所述电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7和平均壁厚测量传感器9均设有探头11，其中各探头11分别设置于油井管线上。
优选的，所述电阻探针传感器5的探头11内部装设有金属试片。
实施例3
如图1所示，本发明公开了一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，包括远程控制中心1、就地在线腐蚀监测单元2、传输光纤3、腐蚀数据采集器4、传感器和网线10，其中远程控制中心1连接就地在线腐蚀监测单元2，所述就地在线腐蚀监测单元2通过传输光纤3连接腐蚀数据采集器4，其中腐蚀数据采集器4通过网线10连接传感器。
如图1所示，优选的，所述传感器包括电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9，其中电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9分别通过网线10连接腐蚀数据采集器4。
优选的，所述电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9的外壳分别连接接地电极，所述接地电极采用不锈钢接地钢钎。
如图1所示，优选的，所述电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7和平均壁厚测量传感器9均设有探头11，其中各探头11分别设置于油井管线上。
优选的，所述电阻探针传感器5的探头11内部装设有金属试片。
如图1所示，优选的，所述测厚传感器包括第一传感器和第二传感器，其中第一传感器包括第一变送器8和第一电阻传感器12，所述第一变送器8一端通过网线10连接腐蚀数据采集器4，其中第一变送器8另一端连接第一电阻传感器12，所述第一电阻传感器12连接有多个探头11，所述多个探头11均匀设置于油井管线径向的圆周上，所述第二传感器包括第二变送器13和第二电化学传感器14，其中第二变送器13一端通过网线10连接腐蚀数据采集器4，其中第二变送器13另一端连接第二电化学传感器14，所述第二电化学传感器14连接有多个探头11，所述多个探头11均匀设置于油井管线径向的圆周上。
如图1所示，优选的，还设有第三变送器15，其中第三变送器15一端通过网线10连接腐蚀数据采集器4，所述第三变送器15另一端连接平均壁厚测量传感器9。
优选的，所述远程控制中心1包括监控设备和SCADA控制系统，其中监控设备为计算机，所述SCADA控制系统安装于计算机中进行腐蚀数据分析，所述远程控制中心1具有腐蚀数据采集、油井管线腐蚀的监视控制、信息显示、信息存储及报告、数据计算、事故追忆、事件顺序记录和在线参数预警功能；所述就地在线腐蚀监测单元2设有计算机和信息储存模块，其中计算机用于显示腐蚀数据，便于就地监视，信息存储模块将腐蚀数据采集器4传输的数据进行存储并上报给远程控制中心1。
实施例4
如图1所示，本发明公开了一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，包括远程控制中心1、就地在线腐蚀监测单元2、传输光纤3、腐蚀数据采集器4、传感器和网线10，其中远程控制中心1连接就地在线腐蚀监测单元2，所述就地在线腐蚀监测单元2通过传输光纤3连接腐蚀数据采集器4，其中腐蚀数据采集器4通过网线10连接传感器。
如图1所示，优选的，所述传感器包括电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9，其中电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9分别通过网线10连接腐蚀数据采集器4。
优选的，所述电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9的外壳分别连接接地电极，所述接地电极采用不锈钢接地钢钎。所述接地电极可以保证测试结果的稳定性和可靠性，接地电极表面和传感器的接管贴片表面保持光滑洁净，以减少接触电阻。
如图1所示，优选的，所述电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7和平均壁厚测量传感器9均设有探头11，其中各探头11分别设置于油井管线上。
优选的，所述电阻探针传感器5的探头11内部装设有金属试片。
如图1所示，优选的，所述测厚传感器包括第一传感器和第二传感器，其中第一传感器包括第一变送器8和第一电阻传感器12，所述第一变送器8一端通过网线10连接腐蚀数据采集器4，其中第一变送器8另一端连接第一电阻传感器12，所述第一电阻传感器12连接有多个探头11，所述多个探头11均匀设置于油井管线径向的圆周上，所述第二传感器包括第二变送器13和第二电化学传感器14，其中第二变送器13一端通过网线10连接腐蚀数据采集器4，其中第二变送器13另一端连接第二电化学传感器14，所述第二电化学传感器14连接有多个探头11，所述多个探头11均匀设置于油井管线径向的圆周上。
如图1所示，优选的，还设有第三变送器15，其中第三变送器15一端通过网线10连接腐蚀数据采集器4，所述第三变送器15另一端连接平均壁厚测量传感器9。
优选的，所述远程控制中心1包括监控设备和SCADA控制系统，其中监控设备为计算机，所述SCADA控制系统安装于计算机中进行腐蚀数据分析，所述远程控制中心1具有腐蚀数据采集、油井管线腐蚀的监视控制、信息显示、信息存储及报告、数据计算、事故追忆、事件顺序记录和在线参数预警功能；所述就地在线腐蚀监测单元2设有计算机和信息储存模块，其中计算机用于显示腐蚀数据，便于就地监视，信息存储模块将腐蚀数据采集器4传输的数据进行存储并上报给远程控制中心1。
一种如上所述的油井管线防腐蚀效果在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1：进行远程控制中心1和就地在线腐蚀监测单元2配置，在远程控制中心1配置监控设备，并安装SCADA控制系统，并将远程控制中心1与就地在线腐蚀监测单元2通过光缆连接；
步骤2：安装传感器，在油井管线上安装电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9，其中电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9的外壳分别连接接地电极；
步骤3：油井管线腐蚀数据采集器4安装和传输光纤3的铺设，将油井管线腐蚀数据采集器4远离现场注意防爆安装在室内，利用传输光纤3将腐蚀数据采集器4和就地在线腐蚀监测单元2连接。
步骤4：油井管线防腐蚀效果在线监测系统调试，将电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9检测的数据上传至远程控制中心1，在远程控制中心1的SCADA控制系统配置画面里进行油井管线防腐蚀效果在线监测系统调试，比较腐蚀速率在0.25mm/a时各种传感器的响应时间；
步骤5：油井管线防腐蚀效果在线监测系统巡检开始工作，在就地在线腐蚀监测单元(2)的计算机上开启油井管线防腐蚀效果在线监测系统工作，油井管线防腐蚀效果在线监测系统巡检开始，电阻探针传感器(5)、电化学探针传感器(6)、电感探针传感器(7)、测厚传感器和平均壁厚测量传感器(9)开始工作，腐蚀数据采集器(4)将各种油井管线腐蚀信号经分析处理转换成4-20mA信号和RS-485信号，信号通过传输光纤(3)传输至就地在线腐蚀监测单元(2)上进行油井管线腐蚀数据的存储，再上传至远程控制中心(1)，经过SCADA控制系统处理，得到腐蚀的准确数据并进行腐蚀情况的计算，确定油井管线腐蚀泄漏状态，防腐层定位，评估防腐层的老化状态，判识管道运行参数，指导缓蚀剂的选型和使用浓度，调整缓蚀剂的加注，指导油井管线实现强制外加电流阴极保护的实施方案，并通过SCADA控制系统进行在线参数预警。
优选的，所述步骤五中通过SCADA控制系统得到腐蚀准确数据后计算腐蚀情况的方法如下：
所述电阻探针传感器(5)计算腐蚀情况的公式如下：
金属试片在某一温度下电阻值：R＝ρ×L/S
式中：ρ-为金属试片的电阻率；L-为金属试片的长度；S-为金属试片的截面积；
金属试片腐蚀深度H为：
式中：r0-为金属试片原始半径；R0-为腐蚀前电阻值；Rt-为腐蚀后电阻值；
金属试片腐蚀率计算公式：
式中：T2-T1为两次测量时间间隔，H2-H1为两次测量的腐蚀深度的差值；
所述电化学探针传感器(6)计算腐蚀情况的公式如下：
采用腐蚀电流密度表示腐蚀速度，其中腐蚀速度的单位为μA/cm2，腐蚀电流密度的单位为mm/a，其中1μA/cm2＝0.0117mm/a。
所述电感探针传感器(7)计算腐蚀情况的公式如下：
通过探头内围绕试样的线圈电感L测量腐蚀率，
dL/L＝dS/S
式中：线圈电感L；磁力线长度S；
腐蚀率V＝K△L
式中：K-影响常数；△L-线圈电感量；
所述平均壁厚测量传感器(9)计算腐蚀情况的公式如下：
油井管线平均厚度：Tt＝(BrTr-Bmhm)/Bt
其中：Tt-油井管线平均厚度；Bt-油井管线中平均磁感应强度；Tr-衔铁厚度；Br-衔铁中平均磁感应强度；Bm-两极间空气中的平均感应强度；hm-磁敏元件高度。
所述就地在线腐蚀监测单元2能对油田油井管线的对腐蚀数据采集器4上传的腐蚀数据，进行计算分析，实现就地油井管线防腐蚀效果在线监测。
所述腐蚀数据采集器4用来主要接收电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9等多个传感器传来的电信号，进行分析处理后，再上传到在就地在线腐蚀监测单元2。
所述电阻探针传感器5是利用油井管线金属材料电阻在其长度不变的情况下，其电阻值的增性加与材料截面积的关系测出腐蚀速率的，电阻探针传感器的探头内部装设有金属试片，在腐蚀介质中，金属试片的横截面积因腐蚀而减小，从而电阻增大，通过周期性地测量其电阻，便可计算出该段时间的总腐蚀量以及腐蚀速率，电阻探针传感器能够对瞬时腐蚀速率进行监测与记录。
在腐蚀介质中，作为测量元件的金属试片被腐蚀后，金属试片长度不变、直径减小，电阻增大，通过测试电阻的变化来换算出金属试片的腐蚀减薄量，当所用金属试片的材质与所测量的设备的材质相同时，就可用金属试片的腐蚀率近似地代表设备的腐蚀率。电阻探针技术是基于此原理进行测试的。
所述电化学探针传感器6是基于电化学学科基础上的一种技术，它利用材料腐蚀过程其表面的电化学特性与腐蚀瞬时的腐蚀速率的关系，可进行瞬时腐蚀速度的测量，该方法包括弱极化法、线性极化法、交流阻抗法等技术，该技术反应灵敏，测量响应时间短，电化学探针传感器对油井管线腐蚀情况变化响应快，能获得瞬间腐蚀速率，比较灵敏，可以及时地反映腐蚀过程中油井管线金属腐蚀速率的变化，也可以反映工艺参数的变化对腐蚀过程的影响，可以评定缓蚀剂的缓蚀效率以利于合理有效地使用缓蚀剂。
在电化学法测量中，B值的测量是电化学测量的关键，由于比例系数B的数值随体系不同而变化，从理论上可以得出，最小时B值为8.7mV，最大时B值为52mV，如一般取中间值25.6mV进行计算时，如果利用已测定的一些体系的B值来测量，即使在同一个腐蚀体系，在腐蚀发展的不同阶段随着金属表面状态和腐蚀介质随时间的变化，B值也在不断地变化，得出的腐蚀电流最大误差可高达±200％以上。因此，一般的极化电阻法只能极粗略地估算腐蚀速度，大多应用于介质成份比较稳定的水体系或实验室快速评价缓蚀剂。电极/溶液电阻的双电层电容Cd和电极/溶液电阻的极化电阻Rp也是影响腐蚀测量的重要因素。由于不同腐蚀体系溶液电阻值是不同的，而且差别很大，所以我们在测试时必须考虑介质电阻带来的测量误差。
采用腐蚀电流密度表示腐蚀速度，其中腐蚀速度的单位为μA/cm2，腐蚀电流密度的单位为mm/a，其中1μA/cm2＝0.0117mm/a。
所述电感探针传感器7是通过检测电磁场强度的变化来测试金属试样腐蚀减薄，该技术是挂片法的技术延伸和发展，其特点是测试敏感度高，适用于各种介质，不受介质导电率的影响，可以实现在线腐蚀监测，电感探针传感器是通过测量金属试样腐蚀减薄所引起的磁通量的变化来直接测得金属试样的腐蚀深度，从而计算金属腐蚀速率的方法，可以评估油井管线强制外加电流阴极保护效果。
电感探针传感器工作时，测量的是探头内围绕试样的线圈电感L，它由匝数N的平方和磁阻RM决定：L＝N2/RM，线圈的电阻可以写成磁力线的长度与通过磁力线的截面积A、真空中的磁导率μ0和材料相对磁导率μr三者之积的商：RM＝S/(μ0×μr×A)，RM＝S/(μ0×A)，当探头表面试样由于腐蚀或磨蚀而变薄时，线圈内空气中磁力线长度S增大。线圈电感L：L＝(μ0×A×N×N)/S，E＝dL/dS＝-(μ0×A×N×N)/(S×S)＝-L/S，dL/L＝dS/S，
式中：线圈电感L；磁力线长度S；
腐蚀率V＝K△L
式中：K-影响常数；△L-线圈电感量；
寻找最佳的被测试片与电感线圈的相对位置，使得试片有微小腐蚀量时，线圈感抗有明显的变化，在电感法测量中，主要应用的磁感原理，硫化物对测量的结果误差影响很小，几乎可以忽略不计。
所述测厚传感器是一种电阻传感器和电化学传感器复合传感器，通过测量油井管线电阻变化和电磁场强度的变化，来测量油井管线厚度变化。
所述平均壁厚测量传感器9通过测量油井管线长期电磁场强度的变化，来测量油井管线平均厚度变化。
本发明的工作原理如下：
本发明是针对现场油井管线防腐蚀、破损及第三方破坏等逐渐呈现多发态势的现状，油井管线防腐蚀效果在线监测系统由安装在油井管线上的电阻探针法传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器、平均壁厚测量传感器9、腐蚀数据采集器4、就地在线腐蚀监测单元2和远程监控中心1等组成，电阻探针传感器5、电化学探针传感器6、电感探针传感器7、测厚传感器和平均壁厚测量传感器9开始工作，腐蚀数据采集器4将各种油井管线腐蚀信号经分析处理转换成4-20mA信号和RS-485信号，信号通过传输光纤3传输至就地在线腐蚀监测单元2上进行油井管线腐蚀数据的存储，再上传至远程控制中心1，经过SCADA控制系统处理；多种腐蚀检测技术的配合使用，提供了油井管线防腐蚀效果经济有效的检测手段，能反映油井管线真实腐蚀状态的描述信息和数据，实时在线远程监测油井管线腐蚀泄漏状态，进行防腐层定位，评估防腐层的老化状态，判识油井管线运行参数，在线参数预警等。本发明具有油井管线检测腐蚀点结果快速，监测数据准确，无人值守，自动化程度高等特点，有效防范了油井管线腐蚀泄漏的风险，使油井管线腐蚀得到有效控制，确保了油井管线安全生产运行和下游生产设施的运行安全，为探寻油井管线腐蚀原因制定防护措施提供了科学依据，可优化缓蚀剂最佳加注量，评估油井管线强制外加电流阴极保护效果，降低油井管线运行成本；对油田提供油管线材质升级计划、材质鉴定计划、定点测厚计划、腐蚀状态检测计划和油管线的选材具有指导意义，同时可以评价现有油井管线材质的腐蚀寿命，实现控制油井管线的腐蚀进程，延长油井管线的服役年限，促进油井管线腐蚀与防护评价及运行管理水平达到新的高度。
将多种传感器检测的数据上传在远程监控室中心1，在远程监控室中心1系统软件配置画面里进行油井管线腐蚀监测调试，比较腐蚀速率在0.25mm/a时各种腐蚀监测技术的响应时间，电感探针传感器7的测量周期最长，其次是电阻探针传感器5，普通127μm厚度的电阻探针传感器的响应时间为70小时，响应时间最快的是电感探针传感器7，127μm厚度的电感探针传感器7的响应时间为0.8小时，电感探针传感器7的测量精度最小可达30nm,能够在几分钟或几小时内测量油井管线金属的腐蚀速率,并对油井管线金属腐蚀速率的变化做出快速反应。
本发明巧妙地通过多种腐蚀检测方法的配合使用，保证了检测结果的可靠性，减少了单一方法检测结果的局限性，可确定埋地油井管线的腐蚀损伤状态、腐蚀层破损点定位、评估防腐层的老化状态、制定维修方案的基础，可确定油井管线腐蚀状况和速率，预测油井管线的安全使用寿命，避免可能发生因腐蚀泄漏的隐患。
本发明通过数据的积累掌握腐蚀发生的规律，掌握缓蚀剂的缓蚀效果，指导缓蚀剂的选型和使用最佳浓度，调整缓蚀剂的加注，既能减缓腐蚀的发生，又能避免缓蚀剂的浪费，使工艺防腐有科学依据；本发明指导油井管线实现强制外加电流阴极保护最佳实施方案，进行强制电流阴极保护是控制外部腐蚀的有效技术，可有效地延长油井管线的使用寿命。
本发明建立了油井管线腐蚀在线监测体系，为油井管线的更换、维修及维护提供了科学依据；对确保油井管线安全、高效、平稳运行、环境保护及保障油田可持续开发具有重要意义；本发明从设计功能，安全环保，操作方便保障了油井管线防腐蚀效果监测系统的可靠性、稳定性和准确性。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (10)
1.一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，其特征在于：包括远程控制中心(1)、就地在线腐蚀监测单元(2)、传输光纤(3)、腐蚀数据采集器(4)、传感器和网线(10)，其中远程控制中心(1)连接就地在线腐蚀监测单元(2)，所述就地在线腐蚀监测单元(2)通过传输光纤(3)连接腐蚀数据采集器(4)，其中腐蚀数据采集器(4)通过网线(10)连接传感器。
2.根据权利要求1所述的一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，其特征在于：所述传感器包括电阻探针传感器(5)、电化学探针传感器(6)、电感探针传感器(7)、测厚传感器和平均壁厚测量传感器(9)，其中电阻探针传感器(5)、电化学探针传感器(6)、电感探针传感器(7)、测厚传感器和平均壁厚测量传感器(9)分别通过网线(10)连接腐蚀数据采集器(4)。
3.根据权利要求2所述的一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，其特征在于：所述电阻探针传感器(5)、电化学探针传感器(6)、电感探针传感器(7)、测厚传感器和平均壁厚测量传感器(9)的外壳分别连接接地电极，所述接地电极采用不锈钢接地钢钎。
4.根据权利要求3所述的一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，其特征在于：所述电阻探针传感器(5)、电化学探针传感器(6)、电感探针传感器(7)和平均壁厚测量传感器(9)均设有探头(11)，其中各探头(11)分别设置于油井管线上。
5.根据权利要求4所述的一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，其特征在于：所述电阻探针传感器(5)的探头(11)内部装设有金属试片。
6.根据权利要求3所述的一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，其特征在于：所述测厚传感器包括第一传感器和第二传感器，其中第一传感器包括第一变送器(8)和第一电阻传感器(12)，所述第一变送器(8)一端通过网线(10)连接腐蚀数据采集器(4)，其中第一变送器(8)另一端连接第一电阻传感器(12)，所述第一电阻传感器(12)连接有多个探头(11)，所述多个探头(11)均匀设置于油井管线径向的圆周上，所述第二传感器包括第二变送器(13)和第二电化学传感器(14)，其中第二变送器(13)一端通过网线(10)连接腐蚀数据采集器(4)，其中第二变送器(13)另一端连接第二电化学传感器(14)，所述第二电化学传感器(14)连接有多个探头(11)，所述多个探头(11)均匀设置于油井管线径向的圆周上。
7.根据权利要求3所述的一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，其特征在于：还设有第三变送器(15)，其中第三变送器(15)一端通过网线(10)连接腐蚀数据采集器(4)，所述第三变送器(15)另一端连接平均壁厚测量传感器(9)。
8.根据权利要求1所述的一种油井管线防腐蚀效果在线监测系统，其特征在于：所述远程控制中心(1)包括监控设备和SCADA控制系统，其中监控设备为计算机，所述SCADA控制系统安装于计算机中，所述远程控制中心(1)具有腐蚀数据采集、油井管线腐蚀的监视控制、信息显示、信息存储及报告、数据计算、事故追忆、事件顺序记录和在线参数预警功能；所述就地在线腐蚀监测单元(2)设有计算机和信息储存模块，其中计算机用于显示腐蚀数据，便于就地监视，信息存储模块将腐蚀数据采集器(4)传输的数据进行存储并上报给远程控制中心(1)。
9.一种如权利要求3所述的油井管线防腐蚀效果在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：进行远程控制中心(1)和就地在线腐蚀监测单元(2)配置，在远程控制中心(1)配置监控设备，并安装SCADA控制系统，并将远程控制中心(1)与就地在线腐蚀监测单元(2)通过光缆连接；
步骤2：安装传感器，在油井管线上安装电阻探针传感器(5)、电化学探针传感器(6)、电感探针传感器(7)、测厚传感器和平均壁厚测量传感器(9)，其中电阻探针传感器(5)、电化学探针传感器(6)、电感探针传感器(7)、测厚传感器和平均壁厚测量传感器(9)的外壳分别连接接地电极；
步骤3：油井管线腐蚀数据采集器(4)安装和传输光纤(3)的铺设，将油井管线腐蚀数据采集器(4)远离现场注意防爆安装在室内，利用传输光纤(3)将腐蚀数据采集器(4)和就地在线腐蚀监测单元(2)连接。
步骤4：油井管线防腐蚀效果在线监测系统调试，将电阻探针传感器(5)、电化学探针传感器(6)、电感探针传感器(7)、测厚传感器和平均壁厚测量传感器(9)检测的数据上传至远程控制中心(1)，在远程控制中心(1)的SCADA控制系统配置画面里进行油井管线防腐蚀效果在线监测系统调试，比较腐蚀速率在0.25mm/a时各种传感器的响应时间；
步骤5：油井管线防腐蚀效果在线监测系统巡检开始工作，在就地在线腐蚀监测单元(2)的计算机上开启油井管线防腐蚀效果在线监测系统工作，油井管线防腐蚀效果在线监测系统巡检开始，电阻探针传感器(5)、电化学探针传感器(6)、电感探针传感器(7)、测厚传感器和平均壁厚测量传感器(9)开始工作，腐蚀数据采集器(4)将各种油井管线腐蚀信号经分析处理转换成4-20mA信号和RS-485信号，信号通过传输光纤(3)传输至就地在线腐蚀监测单元(2)上进行油井管线腐蚀数据的存储，再上传至远程控制中心(1)，经过SCADA控制系统处理，得到腐蚀的准确数据并进行腐蚀情况的计算，确定油井管线腐蚀泄漏状态，防腐层定位，评估防腐层的老化状态，判识管道运行参数，指导缓蚀剂的选型和使用浓度，调整缓蚀剂的加注，指导油井管线实现强制外加电流阴极保护的实施方案，并通过SCADA控制系统进行在线参数预警。
10.根据权利要求9所述的一种油井管线防腐蚀效果在线监测方法，其特征在于，所述步骤五中通过SCADA控制系统得到腐蚀准确数据后计算腐蚀情况的方法如下：
所述电阻探针传感器(5)计算腐蚀情况的公式如下：
金属试片在某一温度下电阻值：R＝ρ×L/S
式中：ρ-为金属试片的电阻率；L-为金属试片的长度；S-为金属试片的截面积；
金属试片腐蚀深度H为：
式中：r0-为金属试片原始半径；R0-为腐蚀前电阻值；Rt-为腐蚀后电阻值；
金属试片腐蚀率计算公式：
式中：T2-T1为两次测量时间间隔，H2-H1为两次测量的腐蚀深度的差值；
所述电化学探针传感器(6)计算腐蚀情况的公式如下：
采用腐蚀电流密度表示腐蚀速度，其中腐蚀速度的单位为μA/cm2，腐蚀电流密度的单位为mm/a，其中1μA/cm2＝0.0117mm/a。
所述电感探针传感器(7)计算腐蚀情况的公式如下：
通过探头内围绕试样的线圈电感L测量腐蚀率，
dL/L＝dS/S
式中：线圈电感L；磁力线长度S；
腐蚀率V＝K△L
式中：K-影响常数；△L-线圈电感量；
所述平均壁厚测量传感器(9)计算腐蚀情况的公式如下：
油井管线平均厚度：Tt＝(BrTr-Bmhm)/Bt
其中：Tt-油井管线平均厚度；Bt-油井管线中平均磁感应强度；Tr-衔铁厚度；Br-衔铁中平均磁感应强度；Bm-两极间空气中的平均感应强度；hm-磁敏元件高度。
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