CN109991154A - 一种评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置 - Google Patents

一种评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置 Download PDF

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Abstract

一种评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置，装置主要包括：下弹簧卡、轴承、皮带轮、第一磁铁、第二磁铁、旋转盘、上弹簧卡、铝合金空腔、第一橡胶密封圈、金属内筒盖、旋转轴、螺纹接头、第二橡胶密封圈、第三橡胶密封圈、玻璃内筒、环空腔、玻璃外筒、金属外筒盖、定位磁铁、第四橡胶密封圈、橡胶垫、螺纹段、定位螺栓、夹持器、阻水器、进液口、第一阀门、出液口、第二阀门、耐蚀合金试样、下凹槽、上凹槽，本发明采用磁力传动的方式实现了高温高酸性低压环境下的冲刷腐蚀测试，避免了传统冲刷腐蚀测试装置需解决动密封的难题。本发明适用于石油与天然气钻采工程涉及的冲刷腐蚀行为测试及评价技术领域。

Description

一种评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试 装置
技术领域
本发明专利涉及石油与天然气钻采工程技术领域，具体是一种评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置。
背景技术
冲刷腐蚀(Erosion-Corrosion)或腐蚀磨损(Corrosive-Wear)是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象，是材料受冲刷和腐蚀协同作用的结果。按介质的不同冲刷腐蚀可分为三类即单相流、双相流和多相流，其中以液-固双相流冲刷腐蚀为工业背景的较为普遍。在石油天然气工业中，液-固两相流冲刷腐蚀广泛存在，是一种危害性较大的局部腐蚀，如在油气开采及运输过程中，各种石油装置、设备(如井口装置、三通、弯头、阀门等)、管线内的液相介质流速及温度普遍较高且大多具有强腐蚀性，尤其在携带固体颗粒时，会对金属材料造成极大的破坏，使得管线的寿命大大衰减，过早的发生破坏及失效，给油气田造成巨大的经济损失和安全隐患，因此，高温高酸性冲刷腐蚀问题已成为油气田首要问题。
针对高温高压高酸性油气井对其油套管及井下工具性能的需求，国内外相继研制出了适用于不同腐蚀介质环境的油管和套管，如抗硫套管110SS、抗CO2腐蚀的13Cr不锈钢套管，高防腐的镍基合金G3油管，以及某些特殊耐蚀合金等；在井下工具方而，多采用镍基合金718或镍基合金925制造生产封隔器。
在油气田开采过程中，井下多为高温高酸性环境，如高浓度的H2S、CO2、Cl-及含盐酸的高温高速流体环境，特别是有些工况下还含有固体颗粒，更加快了一些过流部件损坏，为接近实际工况，通常采用在高温高压多相流环境下对金属材料进行冲刷腐蚀实验，以有助于对金属材料的筛选及评价。目前，常规的冲刷腐蚀实验存在着以下不足：首先，用于高温高压多相流冲刷腐蚀实验的装置结构多为搅拌斧式，流速较慢，涡流现象严重；其次，现有的冲刷腐蚀实验装置本身容易受到高温高酸性腐蚀流体的侵蚀，不适合用于评价耐蚀合金在高温高酸性环境下的冲刷腐蚀性能。
为了弄清耐蚀合金材料在高温高酸性环境下冲刷腐蚀机理及各因素对材料冲刷腐蚀的影响规律，迫切需要提出一种适用于评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置。因此，针对高温高酸性高速流体的特点，本发明提出一种评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置，该装置开展高温高酸性高速流体下的冲刷腐蚀实验时，不会出现涡流及漩涡现象，并且装置本身不会受到高温高酸性高速流体的破坏，完全满足我国高温高酸性油气开采及输送管线的服役工况，实现对高温高酸性环境下耐蚀合金冲刷腐蚀的系统性评价，为耐蚀合金冲刷腐蚀的控制提供理论支撑。
发明内容
基于以上技术问题，本发明提供了一种评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置，不仅可顺利开展高温高酸性高速流体环境下耐蚀合金的冲刷腐蚀实验，而且能解决了装置因高温高酸性高速流体侵蚀而破坏的技术难题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置，其特征在于，装置主要包括：下弹簧卡、轴承、皮带轮、第一磁铁、第二磁铁、旋转盘、上弹簧卡、堵头、铝合金空腔、第一橡胶密封圈、金属内筒盖、旋转轴、螺纹接头、第二橡胶密封圈、第三橡胶密封圈、第一螺栓、玻璃内筒、环空腔、玻璃外筒、第二螺栓、金属外筒盖、定位磁铁、第四橡胶密封圈、橡胶垫、螺纹段、定位螺栓、夹持器、阻水器、进液口、第一阀门、出液口、第二阀门、耐蚀合金试样、高温高酸性腐蚀介质、下凹槽、上凹槽。其中，铝合金空腔由轴承、堵头和螺纹接头组成，螺纹接头与金属内筒盖连接；旋转盘由下凹槽、皮带轮、第一磁铁、上凹槽和第一橡胶密封圈组成，上凹槽内的上弹簧卡和下凹槽的下弹簧卡用来将旋转盘固定于铝合金空腔上；旋转轴由第二磁铁和螺纹段组成，从上往下放入铝合金空腔，再用堵头将其密封，螺纹段可采用夹持器和定位螺栓将试样固定在合适的位置上；皮带轮与电机连接带动旋转盘及第一磁铁转动，从而通过磁力传动方式带动旋转轴转动；金属内筒盖通过第二橡胶密封圈、第三橡胶密封圈、第一螺栓和金属外筒盖固定于玻璃内筒上，玻璃内筒内壁设有阻水器，可防止旋转轴快速旋转所产生的漩涡及涡流，确保试样始终浸没在高温高酸性腐蚀介质中，同时避免高速固相颗粒对玻璃内筒内壁的冲蚀；玻璃外筒通过定位磁铁和橡胶垫固定在金属外筒盖上；玻璃外筒与玻璃内筒形成环空腔，用于循环高温流体给玻璃内筒进行加热；进液口和第一阀门用于控制高温流体进入环空腔的速度，出液口和第二阀门用于控制高温流体流出环空腔的速度。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明利用磁力传动的方式实现了高温高酸性低压环境下的冲刷腐蚀测试，避免了传统冲刷腐蚀测试装置需解决动密封的难题，试样可在转速恒定且可调控状态下进行冲刷腐蚀行为的评价实验，模拟工况的压力上限为玻璃内筒的极限压力。
(2)本发明利用了玻璃材料作为实验的内外筒，有效防止了高温高酸性腐蚀介质对实验装置的破坏，解决了普通冲刷腐蚀装置无法评价耐蚀合金在高温高酸腐蚀环境下冲刷腐蚀行为的技术难题。
附图说明
图1为本发明评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置结构示意图；
图2为旋转盘结构示意图；
图3为铝合金空腔结构示意图；
图4为旋转轴结构示意图；
图5为金属外筒盖和金属内筒盖连接示意图；
图6为阻水器局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细描述。
参见附图，本发明提出的一种评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置，其特征在于，装置主要包括：下弹簧卡1、轴承2、皮带轮3、第一磁铁4、第二磁铁5、旋转盘6、上弹簧卡7、堵头8、铝合金空腔9、第一橡胶密封圈10、金属内筒盖11、旋转轴12、螺纹接头13、第二橡胶密封圈14、第三橡胶密封圈15、第一螺栓16、玻璃内筒17、环空腔18、玻璃外筒19、第二螺栓20、金属外筒盖21、定位磁铁22、第四橡胶密封圈23、橡胶垫24、螺纹段25、定位螺栓26、夹持器27、阻水器28、进液口29、第一阀门30、出液口31、第二阀门32、耐蚀合金试样33、高温高酸性腐蚀介质34、下凹槽35、上凹槽36。其中，铝合金空腔9由轴承2、堵头8和螺纹接头13组成，螺纹接头13与金属内筒盖11连接；旋转盘6由下凹槽35、皮带轮3、第一磁铁4、上凹槽36和第一橡胶密封圈10组成，上凹槽36内的上弹簧卡7和下凹槽35的下弹簧卡1用来将旋转盘6固定于铝合金空腔9上；旋转轴12由第二磁铁5和螺纹段25组成，从上往下放入铝合金空腔9，再用堵头8将其密封，螺纹段25可采用夹持器27和定位螺栓26将试样33固定在合适的位置上；皮带轮3与电机连接带动旋转盘6及第一磁铁4转动，从而通过磁力传动方式带动旋转轴12转动；金属内筒盖11通过第二橡胶密封圈14、第三橡胶密封圈15、第一螺栓16和金属外筒盖21固定于玻璃内筒17上，玻璃内筒17内壁设有阻水器28，可防止旋转轴6快速旋转所产生的漩涡及涡流，确保试样33始终浸没在高温高酸性腐蚀介质34中，同时避免高速固相颗粒对玻璃内筒17内壁的冲蚀；玻璃外筒19通过定位磁铁22和橡胶垫24固定在金属外筒盖21上；玻璃外筒19与玻璃内筒17形成环空腔18，用于循环高温流体给玻璃内筒17进行加热；进液口29和第一阀门30用于控制高温流体进入环空腔18的速度，出液口31和第二阀门32用于控制高温流体流出环空腔18的速度。

Claims (1)

1.一种评价耐蚀合金在高温高酸性环境下冲刷腐蚀行为的测试装置，其特征在于：装置主要包括：下弹簧卡(1)、轴承(2)、皮带轮(3)、第一磁铁(4)、第二磁铁(5)、旋转盘(6)、上弹簧卡(7)、铝合金空腔(9)、第一橡胶密封圈(10)、金属内筒盖(11)、旋转轴(12)、螺纹接头(13)、第二橡胶密封圈(14)、第三橡胶密封圈(15)、玻璃内筒(17)、环空腔(18)、玻璃外筒(19)、金属外筒盖(21)、定位磁铁(22)、第四橡胶密封圈(23)、橡胶垫(24)、螺纹段(25)、定位螺栓(26)、夹持器(27)、阻水器(28)、进液口(29)、第一阀门(30)、出液口(31)、第二阀门(32)、耐蚀合金试样(33)、高温高酸性腐蚀介质(34)、下凹槽(35)、上凹槽(36)；其中，铝合金空腔(9)由轴承(2)、堵头(8)和螺纹接头(13)组成，螺纹接头(13)与金属内筒盖(11)连接；旋转盘(6)由下凹槽(35)、皮带轮(3)、第一磁铁(4)、上凹槽(36)和第一橡胶密封圈(10)组成，上凹槽(36)内的上弹簧卡(7)和下凹槽(35)内的下弹簧卡(1)用于固定旋转盘(6)在铝合金空腔(9)上；旋转轴(12)由第二磁铁(5)和螺纹段(25)组成，从上往下放入铝合金空腔(9)，再用堵头(8)将其密封，其螺纹段(25)可采用夹持器(27)和定位螺栓(26)将试样(33)固定在合适的位置上；皮带轮(3)与电机连接带动旋转盘(6)及第一磁铁(4)转动，从而通过磁力传动方式带动旋转轴(12)转动；金属内筒盖(11)通过第二橡胶密封圈(14)、第三橡胶密封圈(15)、第一螺栓(16)和金属外筒盖(21)固定于玻璃内筒(17)上，玻璃内筒(17)内壁设有阻水器(28)，可防止旋转轴(6)快速旋转所产生的漩涡及涡流，确保试样(33)始终浸没在高温高酸性腐蚀介质(34)中，同时避免高速固相颗粒对玻璃内筒(17)内壁的冲蚀；玻璃外筒(19)通过定位磁铁(22)和橡胶垫(24)固定在金属外筒盖(21)上；玻璃外筒(19)与玻璃内筒(17)形成环空腔(18)，用于循环高温流体给玻璃内筒(17)进行加热；进液口(29)和第一阀门(30)用于控制高温流体进入环空腔(18)的速度，出液口(31)和第二阀门(32)用于控制高温流体流出环空腔(18)的速度。
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