CN110715848A - 一种应力冲刷腐蚀实验装置 - Google Patents

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扈俊颖
张智
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Abstract

本发明公开了一种应力冲刷腐蚀实验装置，包括加载管道；加载管道通过管道依次与流量计、储液罐和离心泵连通；加载管道由两个相同的半圆加载管道组成；两个半圆加载管道内均开设有若干个用于容置C型环的凹型槽；凹型槽包括依次分布的第一凹型槽、第二凹型槽、第三凹型槽和第四凹型槽；位于第三凹型槽和第四凹型槽之间开设两个电极孔。本发明通过C型环应力施加装置对C型环施加应力，并将完成应力施加的C型环装入加载管道内，进而将C型环装入测试管段后加载，并将管段接入环路模拟实验装置内，用于模拟现场冲刷腐蚀实验。本发明即真实反映钻井开采过程中的流体动力学特征，同时很好地结合应力和冲刷腐蚀进行实验。

Description

一种应力冲刷腐蚀实验装置
技术领域
本发明属于油井管的技术领域，具体涉及一种应力冲刷腐蚀实验装置。
背景技术
经过几十年的发展，科学家们在油井管腐蚀机理研究方面取得了很大的进展，他们对油井管腐蚀所涉及的流体动力学、腐蚀产物膜结构和力学特性以及金属基体的力学性能等多个方面的力学-化学机制进行研究，建立了多种流动冲刷腐蚀研究方法和预测模型以及多种油井管应力腐蚀的研究方法以及模型，但油井管在井下通常会受应力腐蚀和流动介质冲刷腐蚀的综合影响，目前为止以油井管应力冲刷腐蚀为核心科学问题的研究不够，对油井管流动冲刷腐蚀的规律尚未形成系统性的认识，对其本征机制还不完全清楚，所以，这些工作仍存在一些不足之处：
(1)研究系统不能真实反映钻井开采过程中的流体动力学特征。
研究中多采用旋转圆柱(圆盘)电极、喷射冲击系统等，决定流体对冲刷腐蚀影响的基本水动力学参数是反应物种的传质系数和管壁的剪切应力，这些试验方法相对较为容易实现，但其流体动力学特征与钻井开采过程时多相流体的流体动力学特征相差较远，并不能真实地反映井下管柱中物质的传质过程和近壁处的流体动力学特征，需要真实管道来反映井下管柱中冲刷腐蚀的流体动力学特征。
(2)没有很好结合应力和冲刷腐蚀进行实验。
现场含水量较高的油井以及注水井，其井下管柱都会收到轴向应力的作用，而现在的室内实验多使用C型环来单独的研究静态应力腐蚀情况，并未考虑到现场油井管内单相、两相或者多相流的流动情况。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种应力冲刷腐蚀实验装置，以解决或改善上述的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种应力冲刷腐蚀实验装置，其包括加载管道；加载管道通过管道依次与流量计、储液罐和离心泵连通；
加载管道由两个相同的半圆加载管道组成；两个半圆加载管道内均开设有若干个用于容置C型环的凹型槽；凹型槽包括依次分布的第一凹型槽、第二凹型槽、第三凹型槽和第四凹型槽；位于第三凹型槽和第四凹型槽之间开设两个电极孔。
优选地，C型环的上、下两端对称开设定位孔。
优选地，加载管道为透明PC管，其内径为50mm。
优选地，每个凹型槽均开设加载通孔。
一种C型环应力施加装置，包括底板、顶板和用于连接底板和顶板的两根螺杆；位于顶板和底板的中间位置均设置用于与C型环配合的加载凸台。
优选地，两根螺杆对称分布于底板和顶板的两端。
优选地螺杆一端穿过顶板并固定于底板上，其另一端通过螺母可活动的固定于顶板上。
本发明提供的应力冲刷腐蚀实验装置，具有以下有益效果：
本发明通过C型环应力施加装置对C型环施加应力，并将完成应力施加的C型环装入加载管道内，进而将C型环装入测试管段后加载，并将管段接入环路模拟实验装置内，用于模拟现场冲刷腐蚀实验。本发明即真实反映钻井开采过程中的流体动力学特征，同时很好地结合应力和冲刷腐蚀进行实验。
附图说明
图1为应力冲刷腐蚀实验装置的环路测试系统图。
图2为应力冲刷腐蚀实验装置的应力施加装置。
图3为应力冲刷腐蚀实验装置的C型环正视图和左视图。
图4为应力冲刷腐蚀实验装置的应力施加装置的正视图。
图5为应力冲刷腐蚀实验装置的加载管道结构图。
图6为应力冲刷腐蚀实验装置半圆加载管道容置C型环的结构图。
图7为应力冲刷腐蚀实验装置的加载管道左视图。
其中，1、加载管道；11、第一凹型槽；12、第二凹型槽；13、第三凹型槽；14、第四凹型槽；15、凹型槽；16、电极孔；2、流量计；3、储液罐；4、离心泵；51、底板；52、顶板；53、螺杆；54、加载凸台；55、螺母；6、C型环；61、定位孔。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的应力冲刷腐蚀实验装置，包括加载管道1，加载管道1通过管道依次与流量计2、储液罐3和离心泵4连通。加载管道1、流量计2、储液罐3和离心泵4构成的环路(环路测试系统)用于C型环6加载应力下的冲刷腐蚀实验。
参考图5和图6，加载管道1由两个相同的半圆加载管道组成，半圆加载管道在完成C型环6的加载后，将两个半圆加载管道组合在一起，并通过螺纹安装在环路测试系统内。
两个半圆加载管道内均开设有四个用于容置C型环6的凹型槽15，凹型槽15包括依次分布的第一凹型槽11、第二凹型槽12、第三凹型槽13和第四凹型槽14，每个凹型槽15上均开设有用于与加载C型环的加载通孔，并且该加载通孔可用于将C型环连接导线作为工作电极进行电化学测量；位于第三凹型槽13和第四凹型槽14之间开设两个电极孔16。
参考图7，对与工作电极连通的通孔进行1-4编号，将C型环6及加载管道1封装好之后可以形成一个内壁平滑，直径为50mm的测试管段，并且在试样(C型环6)封装好后可以在两个电极孔16分别装入参比电极和辅助电极，并且将1～4号试样作为工作电极，构建三电极系统进行电化学测量。
加载管道1为透明PC管，其直径为50mm，便于实时观察和记录C型环6在实验中的变化情况。
储液罐3内安装温控装置，温控装置可以为直流防水加热棒，并通过外部单片机控制直流防水加热棒的输出功率，其中，单片机与外部直流电源连接，即可实现对储液罐3内温度的控制。由于现有技术对水温的加热和控制技术均为较成熟的现有技术，故在此仅仅列举一种，不再赘述。
根据本申请的一个实施例，参考图2、3和4，一种C型环6应力施加装置，包括底板51、顶板52和用于连接底板51和顶板52的两根螺杆53，位于顶板52和底板51的中间位置均设置用于与C型环6配合的加载凸台54。
两根螺杆53对称分布于底板51和顶板52的两端，螺杆53一端穿过顶板52并固定于底板51上，其另一端通过螺母55可活动的固定于顶板52上
C型环6的上、下两端对称开设定位孔61，在对C型环6施加应力之前，将C型环6固定在应力施加装置上，通过两个加载凸台54插入C型环6的上、下两个定位孔61内，实现C型环6的固定；并通过调节两个螺母55的位置进行C型环6应力施加。
C型环6上施加应力所对应的挠度为：
Figure BDA0002253481870000051
其中，y为试样横穿螺栓孔处的挠度；D为试样外径；t为试样厚度；S为试样的测试外表面轴向应力；E为弹性模量。
根据本申请的一个实施例，本方案的工作原理为：
按照GB/T 15970.5要求制备无缺口C型环6；
采用应力施加装置对C型环6施加应力；
其中，C型环6上施加应力所对应的挠度为：
将多个完成应力施加的C型环6装入半圆加载管道，并通过两边的螺纹接头将加载管道1接入环路中，即可进行加载应力下的冲刷腐蚀实验，管段剖开为两部分方便C型环6及加载装置的安装。
实验溶液由25L储罐供应并通过离心泵4循环，通过使用变频器控制泵转速来控制流速，环路测试系统由透明PC管制成，内径为50毫米，并且通过储液罐3内加入温控装置来调整溶液温度，将C型环6装入测试管段后加载并将管段接入环路装置，即可进行加载应力下的冲刷腐蚀实验。
本发明通过C型环6应力施加装置对C型环施加应力，并将完成应力施加的C型环6装入加载管道1内，进而将C型环6装入测试管段后加载，并将管段接入环路模拟实验装置内，用于模拟现场冲刷腐蚀实验。本发明即真实反映钻井开采过程中的流体动力学特征，同时很好地结合应力和冲刷腐蚀进行实验。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种应力冲刷腐蚀实验装置，其特征在于：包括加载管道；所述加载管道通过管道依次与流量计、储液罐和离心泵连通；
所述加载管道由两个相同的半圆加载管道组成；两个所述半圆加载管道内均开设有若干个用于容置C型环的凹型槽；所述凹型槽包括依次分布的第一凹型槽、第二凹型槽、第三凹型槽和第四凹型槽；位于所述第三凹型槽和第四凹型槽之间开设两个电极孔。
2.根据权利要求1所述的应力冲刷腐蚀实验装置，其特征在于：所述C型环的上、下两端对称开设定位孔。
3.根据权利要求1所述的应力冲刷腐蚀实验装置，其特征在于：所述加载管道为透明PC管，其内径为50mm。
4.根据权利要求1所述的应力冲刷腐蚀实验装置，其特征在于：每个所述凹型槽均开设加载通孔。
5.一种用于权利要求1-4任一所述的应力冲刷腐蚀实验装置的C型环应力施加装置，其特征在于：包括底板、顶板和用于连接底板和顶板的两根螺杆；位于所述顶板和底板的中间位置均设置用于与C型环配合的加载凸台。
6.根据权利要求5所述的C型环应力施加装置，其特征在于：两根所述螺杆对称分布于底板和顶板的两端。
7.根据权利要求5所述的C型环应力施加装置，其特征在于：所述螺杆一端穿过顶板并固定于底板上，其另一端通过螺母可活动的固定于顶板上。
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