CN113669049A - 一种注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀模拟装置应用方法 - Google Patents

一种注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀模拟装置应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀模拟装置应用方法，模拟装置包括储液立管(13)，注空气系统，氮气加压系统，电加热系统，曝气循环系统，溶解氧监测系统，腐蚀反应循环系统，实验辅助控制系统；本发明的腐蚀评价方法通过建立注水过程中井深与实验时间的函数关系，结合腐蚀电化学理论通过一次实验数据计算注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀速率，极大减少实验次数，显著降低实验时间和实验成本。

Description

一种注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀模拟装置应用方法
技术领域
本发明属于注水井井筒管柱完整性与安全技术领域，具体涉及一种注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀模拟装置应用方法。
背景技术
注水开发是提高油田采收率的主要方法，由于注入水溶解氧含量高、矿化度高、注水排量大、加之井下高温高压，长期注水作业后井下注水管柱受溶解氧腐蚀十分严重，导致管柱失效时有发生、修井周期缩短，严重影响注水井井筒安全和油田注水开发总体效益。
注水开发过程中注入水通常从井口要经过几百至几千米的密闭管柱才能输运到井底然后被注入地层，这个过程大约需要耗费几十分钟到几个小时。由于注入水在输运过程中水中溶解氧与管柱发生腐蚀反应而不断被消耗，同时井筒温度压力不断升高将直接影响注入水溶解氧浓度和氧腐蚀反应速率，最终导致注水管柱沿井深受溶解氧腐蚀速率不断发生变化。
由于注水井管柱受力十分复杂，通常管柱受力严重点井深与管柱腐蚀严重点井深并不一致，导致管柱失效具体位置预测十分困难，必须在获取全井筒管柱腐蚀分布基础上才能准确可靠预测管柱失效井段及其风险大小。因此，准确模拟高温高压注水井井下长距离密闭管柱溶解氧腐蚀行为对于评价管柱安全风险、制定安全管控措施、提高注水井井筒完整性具有重要意义。
目前主要通过实内实验法模拟注水工况参数下井下管柱氧腐蚀行为，研究压力、溶解氧含量、温度、矿化度、流速和缓蚀剂等因素对不同材质管柱的腐蚀速率影响规律，并结合扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和XRD衍射仪等腐蚀产物表征手段揭示管柱氧腐蚀机理和规律。然而，受实验成本和时间限制，现有实验装置和方法往往只针对选择的有限组实验参数开展氧腐蚀模拟，获取某些具体井深的温度压力条件下管柱受溶解氧腐蚀速率。同时，现有实验装置和方法难以模拟注水井井下几百至几千米密闭管柱内考虑腐蚀消耗的溶解氧腐蚀行为。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀模拟装置应用方法，它可以模拟注水井井下几百至几千米密闭管柱内考虑腐蚀消耗的溶解氧腐蚀行为。
本发明的目的是这样实现的：
一种模拟注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀装置应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据任意井深h处的井下注水管柱的压力p(h)和温度T(h)，由公式(1)换算获取试验氮气减压阀控制器(4)的压力-时间数据p(t)和电加热控制器(17)的温度-时间数据T(t)，
Figure BDA0003226895340000021
式中：t为实验时间，单位为min；Q为注入水日排量，单位为m3/d；h为任意井深，单位为m；d为注水管柱内径，单位为mm；V1为储液立管环形隔板(13d)以下管段容积，单位为L；V2为腐蚀实验管段(36)容积，单位为L；V3为上水平管(18)容积，单位为L；V4为下水平管(20)容积，单位为L；V5为上L型管(34)容积，单位为L；V6为下L型管(35)容积，单位为L，V7为垂直管(19)容积；
步骤二：将注空气管路(8)和下水平管(20)与储液立管下盖(13c)连接，将储液立管下盖(13c)与储液立管管体(13a)连接；将注氮气管路(2)与储液立管管体(13a)加压孔(13e)连接，将上水平管(18)与储液立管管体(13a)出液孔(13g)连接，将排气管路(14)与储液立管管体(13a)排气孔(13f)连接；将腐蚀实验管段(36)与上变径接头(38)和下变径接头(39)连接，将上变径接头(38)与上L型管(34)连接，将下变径接头(39)与下L型管(35)连接，所有设备和阀门处于关闭状态；
步骤三：将体积为
Figure BDA0003226895340000031
的试验溶液倒入储液立管(13)中，将加热棒(16)与储液立管上盖(13b)连接，然后将储液立管上盖(13b)与储液立管管体(13a)连接；
步骤四：打开氮气减压阀控制器(4)电源、电加热控制器(17)电源、溶解氧检测器(29)电源和蠕动泵控制器(28)电源、计算机(37)并启动辅助控制软件，通过辅助控制软件设置氮气减压阀控制器(4)的压力-时间数据p(t)、电加热控制器(17)的温度-时间数据T(t)和蠕动泵控制器(28)的腐蚀试验液体流量数据Q；
步骤五：打开排气阀(15)、空气减压阀(9)、空气微调阀(10)、空气进气阀(12)、上水平管进液阀(21)、垂直管上阀(23)、垂直管下阀(24)、下水平管出液阀(25)，启动蠕动泵(26)，调节空气微调阀(10)，在保证空气流量计(11)所显示流量稳定条件下，使得溶解氧检测器(29)测定的流动试验溶液中溶解氧的含量达到稳定，获得地面温度压力条件下的饱和溶解氧含量Caq(0)；
步骤六：关闭蠕动泵(26)、关闭空气进气阀(12)、关闭排气阀(15)、关闭垂直管上阀(23)、关闭垂直管下阀(24)，打开上L型管阀(32)、打开下L型管阀(33)、打开氮气减压阀(3)、打开氮气进气阀(6)，同时启动蠕动泵(26)、启动氮气减压阀控制器(4)、启动电加热控制器(17)，试验溶液按照预设的压力和温度进行加压加温，通过蠕动泵(26)循环与腐蚀试验管段(36)发生反应，同时开始监测并记录试验溶液中溶解氧浓度随时间的变化数据[t，Caq]，Caq表示溶解氧浓度，t表示时间；
步骤七：根据腐蚀反应试验获得的溶解氧浓度实验数据[t，Caq]计算全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布Rc(h)，
全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布Rc(h)的计算过程包括：
1)采用多项式拟合溶解氧浓度实验数据[t，Caq]，得到实验过程中溶解氧浓度随时间的变化曲线Caq(t)；
2)根据Caq(t)计算实验过程中腐蚀实验管段(36)溶解氧腐蚀电流icg(t)
Figure BDA0003226895340000041
式中：icg(t)为实验过程中腐蚀实验管段(36)溶解氧腐蚀电流，单位为A/m2；Caq(t)为实验过程中溶解氧浓度，单位为mg/L；
3)根据式(1)将icg(t)转化为对应井深h处的实际井下管柱溶解氧腐蚀电流icw(h)；
4)根据icw(h)计算全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布Rc(h)
Figure BDA0003226895340000042
式中：Rc(h)为井深h处注水井管柱溶解氧腐蚀速率，单位为mm/y；icw(h)为井深h处的实际井下管柱溶解氧腐蚀电流，单位为A/m2；MFe为铁的分子量，0.056kg/mol；ρFe为铁的密度，取值7850kg/m3；n为阳极反应失去电子数，2；F为法拉第电量单位，取值96485C/mol。
进一步的，所述模拟注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀装置包括储液立管(13)，所述储液立管(13)的内腔上部沿周向设置有环形隔板(13d)，所述环形隔板(13d)将储液立管管体(13a)的内腔分为上腔、下腔，所述下腔用于盛装试验溶液，所述上腔的腔壁上设有加压孔(13e)、排气孔(13f)，所述加压孔(13e)连接氮气加压系统，用于对试验溶液进行自动加压；所述排气孔(13f)连接排气管路(14)，所述储液立管(13)的顶部安装有电加热系统，用于对试验溶液进行自动加温，所述储液立管(13)的底部设有进气孔(13i)和进液孔(13j)，所述下腔的腔壁上设有出液孔(13g)，所述进气孔(13i)连接注空气系统，用于对试验溶液进行供氧，所述进液孔(13j)、出液孔(13g)连接曝气系统、腐蚀反应系统，曝气系统用于对试验溶液进行曝气处理，腐蚀反应系统用于试验溶液与腐蚀实验管段进行腐蚀反应；
所述氮气加压系统包括相互连接的高压氮气瓶(1)和注氮气管路(2)，所述注氮气管路(2)与加压孔(13e)连接，注氮气管路(2)上依次设置有氮气减压阀(3)、压力表(5)和氮气进气阀(6)，所述氮气减压阀(3)、压力表(5)与氮气减压阀控制器(4)连接，所述氮气减压阀控制器(4)内置压力-时间数据，氮气减压阀控制器(4)实时读取压力表(5)数据并将该数据与预设的实验压力-时间数据对比，并反馈调节氮气减压阀(3)开度，实现对储液立管(13)中液体的自动加压；
所述排气管路(14)上有排气阀(15)，所述排气阀(15)为单向阀；
所述电加热系统包括加热棒(16)和电加热控制器(17)，所述加热棒(16)用于向下穿过环形隔板(13d)插入试验溶液中，加热棒(16)与环形隔板(13d)之间留有间隙，所述电加热控制器(17)内置温度-时间数据，实现对储液立管(13)中试验溶液温度的自动控制；
所述曝气系统包括上水平管(18)、和下水平管(20)以及连接于上水平管(18)、下水平管(20)外接端的垂直管(19)，所述上水平管(18)的内接端连接出液孔(13g)，所述下水平管(20)的内接端连接进液孔(13j)，形成曝气循环系统，所述腐蚀反应系统包括依次连接的上L型管(34)、腐蚀实验管段(36)、下L型管(35)，所述上L型管(34)连接于上水平管(18)的外接端，所述下L型管(35)连接于下水平管(20)的外接端，形成腐蚀反应循环系统，所述上水平管(18)上设置有上水平管进液阀(21)、溶解氧检测器(29)，所述溶解氧检测器(29)用于检测上水平管(18)中试验溶液的溶解氧含量，所述垂直管(19)上设置有垂直管上阀(23)和垂直管下阀(24)，所述下水平管(20)上沿流向依次设置有液体流量计(27)、蠕动泵(26)、下水平管出液阀(25)，所述蠕动泵(26)、液体流量计(27)与蠕动泵控制器(28)连接，所述蠕动泵控制器(28)预设腐蚀试验液体流量Q，所述蠕动泵(26)流量通过蠕动泵控制器(28)自动控制，所述上水平管进液阀(21)、垂直管上阀(23)、垂直管下阀(24)和下水平管出液阀(25)均为单向阀，所述上L型管(34)上设置有上L型管阀(32)，所述下L型管(35)上设置有下L型管阀(33)，所述上L型管阀(32)、下L型管阀(33)均为单向阀；
还包括实验辅助控制系统，所述实验辅助控制系统包括计算机(37)、辅助控制软件，所述计算机(37)与所述氮气减压阀控制器(4)、电加热控制器(17)、溶解氧检测器(29)、蠕动泵控制器(28)连接，通过辅助控制软件实现对实验所需的压力-时间数据、温度-时间数据、腐蚀试验液体流量数据进行编程设置，配合实现对实验压力、实验温度和实验液体流量进行自动反馈控制，同时自动记录溶解氧检测数据随实验时间的变化情况。
进一步的，所述储液立管具有储液立管管体，储液立管的顶部为储液立管上盖，所述储液立管的底部为储液立管下盖，储液立管上盖和储液立管下盖分别与储液立管管体通过螺纹密封连接。
进一步的，所述排气孔、出液孔位于储液立管的同一侧，所述加压孔背向排气孔、出液孔，所述加压孔位置高于排气孔。
优选地，所述注空气系统包括高压空气瓶和注空气管路，注空气管路上依次设置有空气减压阀、空气微调阀、空气流量计和空气进气阀，所述空气进气阀为单向阀。
进一步的，所述注空气管路、注氮气管路、排气管路插入储液立管部分经过防腐处理，所述腐蚀实验管段的材料与井下实际注水管柱材料相同。
进一步的，所述储液立管管体外侧、储液立管上盖外侧、储液立管下盖外侧、上水平管外侧、垂直管外侧、下水平管外侧、上L型管外侧、下L型管外侧、腐蚀实验管段外侧均设置有绝热保温套。
进一步的，所述储液立管下盖的为锥形，且通过圆锥螺纹与储液立管管体螺纹密封连接，用于保证密封性能。
进一步的，所述储液立管高度为120cm，所述环形隔板距离储液立管顶端20cm，所述腐蚀实验管段长度为20cm，所述腐蚀实验管段的外径和壁厚与井下实际注水管柱相同。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1本发明通过高温高压密闭循环腐蚀系统和溶解氧监测系统，实现考虑溶解氧腐蚀消耗下注水井全井筒管柱氧腐蚀模拟评价，从而更加真实模拟注水井井下管柱腐蚀工况，通过建立注水过程中井深与实验时间的函数关系，结合腐蚀电化学理论通过一次实验数据计算注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀速率，极大减少实验次数，显著降低实验时间和实验成本，且实验结果重复性好、设备及方法操作简便，便于推广应用。
2本发明装置的氮气加压系统和电加热系统可根据实际注水过程中井下管柱温度压力对实验过程中循环流动试验溶液进行自动加压加温，确保试验溶液中的溶解氧浓度随时间的变化与对应井深处实际溶解氧浓度一致，保证实验精度。
3本发明装置的曝气循环系统可实现腐蚀实验初始时刻试验溶液中溶解氧的饱和稳定，腐蚀反应循环系统和溶解氧监测系统可实现模拟考虑溶解氧腐蚀消耗的注水井全井筒管柱溶解氧浓度分布，能更加真实模拟注水井井下管柱腐蚀工况。
4本发明的腐蚀评价方法通过建立注水过程中井深与实验时间的函数关系，结合腐蚀电化学理论通过一次实验数据计算注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀速率，极大减少实验次数，显著降低实验时间和实验成本。
5本发明装置和腐蚀评价方法不仅适用于井下注水系统中考虑腐蚀介质消耗的全井筒密闭管柱腐蚀评价，而且也适用于地面输水密闭管道系统中考虑腐蚀介质消耗的管柱腐蚀评价。
附图说明
图1为本发明所采用的注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀模拟装置结构示意图。
其中，(1)、高压氮气瓶；(2)、注氮气管路；(3)、氮气减压阀；(4)、氮气减压阀控制器；(5)、压力表；(6)、氮气进气阀；(7)、高压空气瓶；(8)、注空气管路；(9)、空气减压阀；(10)、空气微调阀；(11)、空气流量计；(12)、空气进气阀；(13)、储液立管；(13a)、储液立管管体；(13b)、储液立管上盖；(13c)、储液立管下盖；(13d)、环形隔板；(13e)、加压孔；(13f)、排气孔；(13g)、出液孔；(13h)、圆孔；(13i)、进气孔；(13j)、进液孔；(14)、排气管路；(15)、排气阀；(16)、加热棒；(17)、电加热控制器；(18)、上水平管；(19)、垂直管；(20)、下水平管；(21)、上水平管进液阀；(22)、溶解氧监测短接；(22a)检测接口圆孔；(23)、垂直管上阀；(24)、垂直管下阀；(25)、下水平管出液阀；(26)、蠕动泵；(27)、液体流量计；(28)、蠕动泵控制器；(29)、溶解氧检测器；(30)、上三通；(31)、下三通；(32)、上L型管阀；(33)、下L型管阀；(34)、上L型管；(35)、下L型管；(36)、腐蚀实验管段；(37)、计算机；(38)、上变径接头；(39)、下变径接头。
具体实施方式
本发明的发明构思是，通过高温高压密闭循环腐蚀系统和溶解氧监测系统，实现考虑溶解氧腐蚀消耗下注水井全井筒管柱氧腐蚀模拟评价，从而更加真实模拟注水井井下管柱腐蚀工况，通过建立注水过程中井深与实验时间的函数关系，结合腐蚀电化学理论通过一次实验数据计算注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀速率，极大减少实验次数，显著降低实验时间和实验成本，且实验结果重复性好、设备及方法操作简便，便于推广应用。
实施例：
一种模拟注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀评价方法，包括以下步骤：
步骤一：根据任意井深h处的井下注水管柱的压力p(h)和温度T(h)，由公式(1)换算获取试验氮气减压阀控制器4的压力-时间数据p(t)和电加热控制器17的温度-时间数据T(t)。
Figure BDA0003226895340000091
式中：t为实验时间，min；Q为注入水日排量，m3/d；h为任意井深，m；d为注水管柱内径，mm；V1为储液立管环形隔板13d以下管段容积，L；V2为腐蚀实验管段36容积，L；V3为上水平管18容积，L；V4为下水平管20容积，L；V5为上L型管34容积，L；V6为下L型管35容积，L。
步骤二：将注空气管路8和下水平管20与储液立管下盖13c连接，将储液立管下盖13c与储液立管管体13a连接；将注氮气管路2与储液立管管体13a加压孔13e连接，将上水平管18与储液立管管体13a出液孔13g连接，将排气管路14与储液立管管体13a排气孔13f连接；将腐蚀实验管段36与上变径接头38和下变径接头39连接，将上变径接头38与上L型管34连接，将下变径接头39与下L型管35连接，同时连接好所有管路、设备和阀门，并确保所有设备和阀门处于关闭状态。
步骤三：将体积为
Figure BDA0003226895340000101
的试验溶液倒入储液立管13中，将加热棒16与储液立管上盖13b连接，然后将储液立管上盖13b与储液立管管体13a连接。
步骤四：打开氮气减压阀控制器4电源、电加热控制器17电源、溶解氧检测器29电源和蠕动泵控制器28电源、计算机37及辅助控制软件，确保计算机37与各控制器通信正常，通过辅助控制软件设置氮气减压阀控制器4的压力-时间数据p(t)、电加热控制器17的温度-时间数据T(t)和蠕动泵控制器28的腐蚀试验液体流量数据Q。
步骤五：打开排气阀15、空气减压阀9、空气微调阀10、空气进气阀12、上水平管进液阀21、垂直管上阀23、垂直管下阀24、下水平管出液阀25，启动蠕动泵26，调节空气微调阀10，在保证空气流量计11所显示流量稳定条件下，使得溶解氧检测器29测定的流动试验溶液中溶解氧的含量达到稳定，获得地面温度压力条件下的饱和溶解氧含量Caq(0)。
步骤六：关闭蠕动泵26、关闭空气进气阀12、关闭排气阀15、关闭垂直管上阀23、关闭垂直管下阀24，打开上L型管阀32、打开下L型管阀33、打开氮气减压阀3、打开氮气进气阀6，同时启动蠕动泵26、启动氮气减压阀控制器4、启动电加热控制器17，试验溶液按照预设的压力和温度进行加压加温，通过蠕动泵26循环与腐蚀试验管段36发生反应，同时开始监测并记录试验溶液中溶解氧浓度随时间的变化数据[t，Caq]。
步骤七：根据腐蚀反应试验获得的溶解氧浓度实验数据[t，Caq]计算全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布Rc(h)。
进一步地，全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布Rc(h)的计算过程如下：
1)采用多项式拟合溶解氧浓度实验数据[t，Caq]，得到实验过程中溶解氧浓度随时间的变化曲线Caq(t)；
2)根据Caq(t)计算实验过程中腐蚀实验管段36溶解氧腐蚀电流icg(t)
Figure BDA0003226895340000111
式中：icg(t)为实验过程中腐蚀实验管段36溶解氧腐蚀电流，A/m2；Caq(t)为实验过程中溶解氧浓度，mg/L；
3)根据式(1)将icg(t)转化为对应井深h处的实际井下管柱溶解氧腐蚀电流icw(h)；
4)根据icw(h)计算全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布Rc(h)
Figure BDA0003226895340000112
式中：Rc(h)为井深h处注水井管柱溶解氧腐蚀速率，mm/y；icw(h)为井深h处的实际井下管柱溶解氧腐蚀电流，A/m2；MFe为铁的分子量，0.056kg/mol；ρFe为铁的密度，7850kg/m3；n—阳极反应失去电子数，2；F—法拉第电量单位，96485C/mol。
下面结合附图对本发明所采用的注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀模拟装置进行说明。
参照图1，注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀模拟装置，包括储液立管13、注空气系统、氮气加压系统、电加热系统、曝气循环系统、溶解氧监测系统、腐蚀反应循环系统、实验辅助控制系统。
所述储液立管13包括储液立管管体13a、储液立管上盖13b和储液立管下盖13c，所述储液立管管体13a上部内侧设置有环形隔板13d、左侧上部设置有加压孔13e、右侧上部设置有排气孔13f和出液孔13g，加压孔13e和排气孔13f均位于环形隔板13d上方且加压孔13e位置高于排气孔13f，出液孔13g位于环形隔板13d下方临近位置，排气孔13f与排气管路14通过螺纹密封连接，所述排气管路14上有排气阀15，所述排气阀15为单向阀，所述环形隔板13d与储液立管13为一体制造，所述储液立管上盖13b中部开圆孔13h且与储液立管管体13a通过螺纹密封连接，所述储液立管下盖13c为锥形、底部设置有进气孔13i和进液孔13j，所述储液立管下盖13c与储液立管管体13a通过螺纹密封连接。
所述注空气系统包括高压空气瓶7和注空气管路8，注空气管路8上依次设置有空气减压阀9、空气微调阀10、空气流量计11和空气进气阀12，所述空气进气阀12为单向阀，所述注空气管路8与储液立管下盖13c底部进气孔13i通过螺纹密封连接。
所述氮气加压系统包括高压氮气瓶1和注氮气管路2，注氮气管路2上依次设置有氮气减压阀3、氮气减压阀控制器4、压力表5和氮气进气阀6，氮气减压阀控制器4具有编程和通信功能，内置实验所需的压力-时间数据p(t)，氮气减压阀控制器4与压力表5连接，可实时读取压力表5数据并将该数据与预设的实验压力-时间数据p(t)对比，并反馈调节氮气减压阀3开度，实现对储液立管13中液体的自动加压，所述注氮气管路2与储液立管管体13a左侧上部加压孔13e通过螺纹密封连接。
所述电加热系统包括加热棒16和电加热控制器17，电加热控制器17具有编程和通信功能，内置实验所需的温度-时间数据T(t)，实现对储液立管13中液体温度的自动控制，所述加热棒16穿过所述储液立管上盖13b的圆孔13h和所述储液立管管体13a上部内侧环形隔板13d，加热棒16与储液立管上盖13b通过螺纹密封连接，加热棒16与环形隔板13d之间有适当间隔。
所述曝气循环系统包括储液立管13、上水平管18、垂直管19和下水平管20。上水平管18上设置有上水平管进液阀21和溶解氧监测短接22，溶解氧监测短接22上部开有检测接口圆孔22a，所述上水平管18左侧与储液立管13右侧上部出液孔13g通过螺纹密封连接；垂直管19上设置有垂直管上阀23和垂直管下阀24；下水平管20上设置有下水平管出液阀25、蠕动泵26、液体流量计27和蠕动泵控制器28，所述蠕动泵控制器28具有编程和通信功能且可预设腐蚀试验液体流量Q，所述蠕动泵26流量可通过蠕动泵控制器28自动控制，所述下水平管20左侧与储液立管下盖13c底部进液孔13j通过螺纹密封连接。所述上水平管18右侧与垂直管19通过上三通30连接，所述下水平管20右侧与垂直管19通过下三通31连接。所述上水平管进液阀21、垂直管上阀23、垂直管下阀24和下水平管出液阀25均为单向阀。
所述溶解氧监测系统包括溶解氧监测短接22和溶解氧检测器29，溶解氧检测器29通过溶解氧监测短接22上部检测接口圆孔22a插入液体中部，溶解氧检测器29与溶解氧监测短接22上部检测接口圆孔22a通过螺纹密封连接，溶解氧检测器29具备通信功能。
所述腐蚀反应循环系统包括储液立管13、上水平管18、上L型管34、腐蚀实验管段36、下L型管35、下水平管20，上L型管34上设置有上L型管阀32，下L型管35上设置有下L型管阀33，所述腐蚀实验管段36与上L型管34通过上变径接头38密封连接，所述腐蚀实验管段36与下L型管35通过下变径接头39密封连接。所述上三通30右出口与上L型管34密封连接，下三通31右出口与下L型管35密封连接。所述上L型管阀32、下L型管阀33均为单向阀。
所述实验辅助控制系统包括一台计算机37和辅助控制软件，所述计算机37与所述氮气减压阀控制器4、电加热控制器17、溶解氧检测器29和蠕动泵控制器28通过无线连接，通过辅助控制软件实现对实验所需的压力-时间数据p(t)、温度-时间数据T(t)、腐蚀试验液体流量数据Q进行编程设置，配合实现对实验压力、实验温度和实验液体流量进行自动反馈控制，同时自动记录溶解氧检测数据随实验时间的变化情况。
所用储液立管管体13a、储液立管上盖13b、储液立管下盖13c、加热棒16、上水平管18、垂直管19、下水平管20、上L型管34、下L型管35、上三通30、下三通31、上变径接头38、下变径接头39、上水平管进液阀21、垂直管上阀23、垂直管下阀24、下水平管出液阀25、上L型管阀32、下L型管阀33、溶解氧监测短接22、蠕动泵26均采用哈氏合金C276材质制造；所述注空气管路8、注氮气管路2、排气管路14插入储液立管13部分经过防腐处理，以降低实验误差。
所用腐蚀实验管段36根据井下实际注水管柱材料制造。
所用储液立管13高度为120cm、储液立管13内部环形隔板13d距离上端20cm，储液立管13外径和壁厚可选，储液立管环形隔板13d以下管段容积为V1；
所用腐蚀实验管段36长度为20cm、外径和壁厚与井下注水管柱相同，腐蚀实验管段36容积为V2；
所述上水平管18容积为V3、下水平管20容积为V4、上L型管34容积为V5、下L型管35容积为V6、垂直管19容积为V7，且均为厚壁管以满足压力要求。
所用储液立管管体13a外侧、储液立管上盖13b外侧、储液立管下盖13c外侧、上水平管18外侧、垂直管19外侧、下水平管20外侧、上L型管34外侧、下L型管35外侧、腐蚀实验管段36外侧均设置有绝热保温套。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种模拟注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀装置应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据任意井深h处的井下注水管柱的压力p(h)和温度T(h)，由公式(1)换算获取试验氮气减压阀控制器(4)的压力-时间数据p(t)和电加热控制器(17)的温度-时间数据T(t)，
Figure FDA0003226895330000011
式中：t为实验时间，单位为min；Q为注入水日排量，单位为m3/d；h为任意井深，单位为m；d为注水管柱内径，单位为mm；V1为储液立管环形隔板(13d)以下管段容积，单位为L；V2为腐蚀实验管段(36)容积，单位为L；V3为上水平管(18)容积，单位为L；V4为下水平管(20)容积，单位为L；V5为上L型管(34)容积，单位为L；V6为下L型管(35)容积，单位为L，V7为垂直管(19)容积；
步骤二：将注空气管路(8)和下水平管(20)与储液立管下盖(13c)连接，将储液立管下盖(13c)与储液立管管体(13a)连接；将注氮气管路(2)与储液立管管体(13a)加压孔(13e)连接，将上水平管(18)与储液立管管体(13a)出液孔(13g)连接，将排气管路(14)与储液立管管体(13a)排气孔(13f)连接；将腐蚀实验管段(36)与上变径接头(38)和下变径接头(39)连接，将上变径接头(38)与上L型管(34)连接，将下变径接头(39)与下L型管(35)连接，所有设备和阀门处于关闭状态；
步骤三：将体积为
Figure FDA0003226895330000012
的试验溶液倒入储液立管(13)中，将加热棒(16)与储液立管上盖(13b)连接，然后将储液立管上盖(13b)与储液立管管体(13a)连接；
步骤四：打开氮气减压阀控制器(4)电源、电加热控制器(17)电源、溶解氧检测器(29)电源和蠕动泵控制器(28)电源、计算机(37)并启动辅助控制软件，通过辅助控制软件设置氮气减压阀控制器(4)的压力-时间数据p(t)、电加热控制器(17)的温度-时间数据T(t)和蠕动泵控制器(28)的腐蚀试验液体流量数据Q；
步骤五：打开排气阀(15)、空气减压阀(9)、空气微调阀(10)、空气进气阀(12)、上水平管进液阀(21)、垂直管上阀(23)、垂直管下阀(24)、下水平管出液阀(25)，启动蠕动泵(26)，调节空气微调阀(10)，在保证空气流量计(11)所显示流量稳定条件下，使得溶解氧检测器(29)测定的流动试验溶液中溶解氧的含量达到稳定，获得地面温度压力条件下的饱和溶解氧含量Caq(0)；
步骤六：关闭蠕动泵(26)、关闭空气进气阀(12)、关闭排气阀(15)、关闭垂直管上阀(23)、关闭垂直管下阀(24)，打开上L型管阀(32)、打开下L型管阀(33)、打开氮气减压阀(3)、打开氮气进气阀(6)，同时启动蠕动泵(26)、启动氮气减压阀控制器(4)、启动电加热控制器(17)，试验溶液按照预设的压力和温度进行加压加温，通过蠕动泵(26)循环与腐蚀试验管段(36)发生反应，同时开始监测并记录试验溶液中溶解氧浓度随时间的变化数据[t，Caq]，Caq表示溶解氧浓度，t表示时间；
步骤七：根据腐蚀反应试验获得的溶解氧浓度实验数据[t，Caq]计算全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布Rc(h)，
全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布Rc(h)的计算过程包括：
1)采用多项式拟合溶解氧浓度实验数据[t，Caq]，得到实验过程中溶解氧浓度随时间的变化曲线Caq(t)；
2)根据Caq(t)计算实验过程中腐蚀实验管段(36)溶解氧腐蚀电流icg(t)
Figure FDA0003226895330000021
式中：icg(t)为实验过程中腐蚀实验管段(36)溶解氧腐蚀电流，单位为A/m2；Caq(t)为实验过程中溶解氧浓度，单位为mg/L；
3)根据式(1)将icg(t)转化为对应井深h处的实际井下管柱溶解氧腐蚀电流icw(h)；
4)根据icw(h)计算全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布Rc(h)
Figure FDA0003226895330000031
式中：Rc(h)为井深h处注水井管柱溶解氧腐蚀速率，单位为mm/y；icw(h)为井深h处的实际井下管柱溶解氧腐蚀电流，单位为A/m2；MFe为铁的分子量，0.056kg/mol；ρFe为铁的密度，取值7850kg/m3；n为阳极反应失去电子数，2；F为法拉第电量单位，取值96485C/mol。
2.如权利要求1所述的一种模拟注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀装置应用方法，其特征在于，所述模拟注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀装置包括储液立管(13)，所述储液立管(13)的内腔上部沿周向设置有环形隔板(13d)，所述环形隔板(13d)将储液立管管体(13a)的内腔分为上腔、下腔，所述下腔用于盛装试验溶液，所述上腔的腔壁上设有加压孔(13e)、排气孔(13f)，所述加压孔(13e)连接氮气加压系统，用于对试验溶液进行自动加压；所述排气孔(13f)连接排气管路(14)，所述储液立管(13)的顶部安装有电加热系统，用于对试验溶液进行自动加温，所述储液立管(13)的底部设有进气孔(13i)和进液孔(13j)，所述下腔的腔壁上设有出液孔(13g)，所述进气孔(13i)连接注空气系统，用于对试验溶液进行供氧，所述进液孔(13j)、出液孔(13g)连接曝气系统、腐蚀反应系统，曝气系统用于对试验溶液进行曝气处理，腐蚀反应系统用于试验溶液与腐蚀实验管段进行腐蚀反应；
所述氮气加压系统包括相互连接的高压氮气瓶(1)和注氮气管路(2)，所述注氮气管路(2)与加压孔(13e)连接，注氮气管路(2)上依次设置有氮气减压阀(3)、压力表(5)和氮气进气阀(6)，所述氮气减压阀(3)、压力表(5)与氮气减压阀控制器(4)连接，所述氮气减压阀控制器(4)内置压力-时间数据，氮气减压阀控制器(4)实时读取压力表(5)数据并将该数据与预设的实验压力-时间数据对比，并反馈调节氮气减压阀(3)开度，实现对储液立管(13)中液体的自动加压；
所述排气管路(14)上有排气阀(15)，所述排气阀(15)为单向阀；
所述电加热系统包括加热棒(16)和电加热控制器(17)，所述加热棒(16)用于向下穿过环形隔板(13d)插入试验溶液中，加热棒(16)与环形隔板(13d)之间留有间隙，所述电加热控制器(17)内置温度-时间数据，实现对储液立管(13)中试验溶液温度的自动控制；
所述曝气系统包括上水平管(18)、和下水平管(20)以及连接于上水平管(18)、下水平管(20)外接端的垂直管(19)，所述上水平管(18)的内接端连接出液孔(13g)，所述下水平管(20)的内接端连接进液孔(13j)，形成曝气循环系统，所述腐蚀反应系统包括依次连接的上L型管(34)、腐蚀实验管段(36)、下L型管(35)，所述上L型管(34)连接于上水平管(18)的外接端，所述下L型管(35)连接于下水平管(20)的外接端，形成腐蚀反应循环系统，所述上水平管(18)上设置有上水平管进液阀(21)、溶解氧检测器(29)，所述溶解氧检测器(29)用于检测上水平管(18)中试验溶液的溶解氧含量，所述垂直管(19)上设置有垂直管上阀(23)和垂直管下阀(24)，所述下水平管(20)上沿流向依次设置有液体流量计(27)、蠕动泵(26)、下水平管出液阀(25)，所述蠕动泵(26)、液体流量计(27)与蠕动泵控制器(28)连接，所述蠕动泵控制器(28)预设腐蚀试验液体流量Q，所述蠕动泵(26)流量通过蠕动泵控制器(28)自动控制，所述上水平管进液阀(21)、垂直管上阀(23)、垂直管下阀(24)和下水平管出液阀(25)均为单向阀，所述上L型管(34)上设置有上L型管阀(32)，所述下L型管(35)上设置有下L型管阀(33)，所述上L型管阀(32)、下L型管阀(33)均为单向阀；
还包括实验辅助控制系统，所述实验辅助控制系统包括计算机(37)、辅助控制软件，所述计算机(37)与所述氮气减压阀控制器(4)、电加热控制器(17)、溶解氧检测器(29)、蠕动泵控制器(28)连接，通过辅助控制软件实现对实验所需的压力-时间数据、温度-时间数据、腐蚀试验液体流量数据进行编程设置，配合实现对实验压力、实验温度和实验液体流量进行自动反馈控制，同时自动记录溶解氧检测数据随实验时间的变化情况。
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