CN114018796A - 一种气井管柱腐蚀模拟装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气井管柱腐蚀模拟装置及实验方法，装置包括氮气瓶、二氧化碳气瓶、储液罐，氮气瓶的出口与氮气流量计的入口相连通，氮气流量计的出口通过阀门与混气罐的入口相连通，二氧化碳气瓶的出口与二氧化碳流量计的入口相连通，二氧化碳流量计的出口通过阀门与混气罐的入口相连通，混气罐的出口与气液混合泵的气体入口端阀门相连通，储液罐的出口与液体流量计的入口相连通，液体流量计的出口与气液混合泵的液体入口端阀门相连通，气液混合泵的出口通过喷嘴与反应釜相连通。本发明可以模拟测试气井在不同生产时期的管柱腐蚀问题，为现场气井管柱腐蚀测试提供了有力支撑。

Description

一种气井管柱腐蚀模拟装置及实验方法

技术领域

本发明涉及油气田开发工程领域，特别涉及一种气井管柱腐蚀模拟装置及实验方法。

背景技术

随着油气田勘探开发工作的不断深入发展，常规油气资源逐渐减少，而开发非常规油气资源以及清洁能源是缓解能源供需矛盾和保障能源安全的重大战略决策。二氧化碳作为油气井和天然气重要的组分之一，在对气井开采过程中，随着地层能量的不断衰减，气井井筒会逐渐出现积液，而在井筒潮湿介质中二氧化碳遇水会生成弱酸，进而会对气井生产管柱造成不同程度的腐蚀，并缩短气井生产管柱的正常服役时间，而现有的防腐技术无法真实的模拟气井管柱腐蚀情况，因此，当生产管柱腐蚀严重时会制约气井的正常生产，甚至导致停产。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种气井管柱腐蚀模拟装置及实验方法，利用本发明能够较为准确真实的模拟气井在正常生产时管柱腐蚀的特性测试。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种气井管柱腐蚀模拟装置，包括氮气瓶、二氧化碳气瓶、储液罐、混气罐、气液混合泵、反应釜、套管和叶片；

氮气瓶和二氧化碳气瓶均通过管路与混气罐的入口连接，氮气瓶与混气罐连接的管路上沿着氮气流向依次设有氮气流量计和氮气流量调节阀门；二氧化碳气瓶与混气罐连接的管路上沿着二氧化碳流向依次设有二氧化碳流量计和二氧化碳流量调节阀门；

混气罐的出口通过管路与气液混合泵的气体入口连接，混气罐与气液混合泵连接的管路上设有混合气体流量调节阀门；

储液罐的出口通过管路与气液混合泵的液体入口连接，储液罐与气液混合泵连接的管路上沿着液体流向依次设有液体流量计和液体流量调节阀门；储液罐底部设有用于控制储液罐内液体温度的控温热电偶；

气液混合泵的出口通过管路与反应釜的内腔连通，气液混合泵与反应釜连接的管路的出口设有喷嘴；

套管设置于反应釜的内腔，套管的上端与反应釜的顶部转动连接，套管上均匀设置有若干叶片，叶片位于喷嘴的喷射范围内，叶片上能够安装测试挂片；

反应釜上设有尾气排出口和废液排出口，尾气排出口和废液排出口上分别设有排气阀门和排液阀门。

优选的，尾气排出口和废液排出口分别设置于反应釜的上端和底部。

优选的，所述的反应釜顶部有检测反应釜内腔压力的压力表。

优选的，每个叶片沿套管的径向设置，叶片的一端与套管固定连接，叶片的另一端与反应釜内壁之间留有预设距离。

优选的，叶片与测试挂片之间可拆卸连接。

优选的，叶片上设有用于与测试挂片进行插接连接的插槽，插槽为一段盲槽。

优选的，反应釜的顶部与套管之间通过轴承转动连接，轴承的外圈与反应釜的顶部固定连接，套管与轴承的内圈连接。

优选的，所述尾气排出口和废液排出口分别设有尾气吸收罐和废液回收罐。

本发明还提供了一种气井管柱腐蚀模拟试验方法，该方法采用本发明如上所述的气井管柱腐蚀模拟装置进行，包括如下过程：

将测试挂片安装于叶片上，将混气罐、气液混合泵和反应釜中的气体置换为氮气；

调节氮气流量计、二氧化碳流量计以及液体流量计至实验规定流量，然后打开氮气流量调节阀门、二氧化碳流量调节阀门、混合气体流量调节阀门和液体流量调节阀门，关闭排液阀门，通过调节排气阀门来调节反应釜的压力至预设压力，调节储液罐的控温热电偶至预设温度，氮气以设定流量从氮气瓶经过氮气流量计进入混气罐，二氧化碳气体以设定流量从二氧化碳气瓶经过二氧化碳流量计进入混气罐，氮气和二氧化碳在混气罐充分混合后从气液混合泵气体进入口进入气液混合泵，储液罐中配置好的地层水以设定流量从储液罐经过液体流量计从气液混合泵液体进入口进入气液混合泵，氮气与二氧化碳的混合气体与地层水经气液混合泵设定的扬程并完全溶解后通过喷嘴进入反应釜，喷嘴喷出的雾状流体驱动固定有测试挂片的叶片随着套管一起转动，同时雾状流体与测试挂片相接触，雾状流体中分离出来的二氧化碳气体通过尾气排出口以及氮气从尾气排出口排出；

待实验测试结束后，关闭控温热电偶，待储液罐温度降低至室温，将排气阀门调大，使得反应釜内部压力降低至大气压，然后关闭氮气流量调节阀门、二氧化碳流量调节阀门和液体流量调节阀门，再关闭气液混合泵，最后将测试挂片取出，并打开排液阀门，将反应釜内废液排出。

优选的，将尾气排出口排出的气体通过碱液清洗，去除气体中的二氧化碳；

喷嘴流速根据气井压降梯度方程确定井筒不同深度的压力降：

其中，

H_g为持气率；ρ_l为液体密度，单位为kg/m³；ρ_g为气体密度，单位为kg/m³；g为重力加速度，单位为m/s²；f_m为气液两相摩阻系数；G为质量流速，单位为kg/s；ρ_m为气液混合物密度，单位为kg/m³；σ₁为界面张力，单位为N/m；V_m为混合物的速度，单位为m/s；V_sg为气相表观速度，单位为m/s；V_sl为液相表观速度，单位为m/s；D_p为管径，单位为m；P为压力，单位为Pa；N_v、N_D分别为中间变量；z为井深，单位为m。

本发明具有如下有益效果：

本发明通过将高纯氮气和二氧化碳根据实验所设计的系统分压在混气罐中充分混合后从进气口进入气液混合泵，将储液罐中配置的地层水通过进液口进入气液混合泵，在气液混合泵中，气体与液体充分混合为雾膜状后通过喷嘴进入反应釜中，进而强大的流体冲击力带动叶片发生转动，通过尾气排出口将含有氮气和二氧化碳的尾气排入尾气吸收罐，通过尾气吸收剂Ca(OH)₂溶液吸收，未吸收的氮气排入大气。控温热电偶是为了给配置的地层水加热，模拟气井正常生产时在井筒产生的液体会有温度，因此，管柱腐蚀模拟测试更加符合实际生产，确保了实验测试的准确性。气液混合泵的吸入口可以利用负压作用吸入气体，因此，无需采用空气压缩机，并且可以根据实验方案随机调节冲程大小，所以更能准确模拟气井真实流体流动对管柱的腐蚀情况，气液混合泵是边吸液体边吸气体，泵内加压混合，气体与液体充分溶解，气液溶解效率95％以上，因此无需大型加压溶气罐及反应塔就可完成气液溶解。气液混合泵节省场地、降低设备成本，运行稳定。气液混合泵内利用高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌，因此无需搅拌器。本发明结构紧凑，操作简单，运行平稳，能够真实准确的模拟测试气井管柱腐蚀状况及特性，为油田现场生产管柱防腐提供有力保障，大幅降低油田企业生产成本。

进一步的，反应釜顶部与套管连接的轴承，其有较强的耐腐蚀性，能够不受反应釜内液体回贱影响，并且具有较高的耐热性能，使得设备运行平稳，其次，它能够在喷嘴喷出的强大雾膜冲击力下带动套管转动，节省了以往腐蚀设备需要用电带动的缺陷，其套管的转动转速纯依靠气液混合泵喷嘴喷出的雾膜扬程来确定，更加符合气井流体对管柱腐蚀的真实工况。

进一步的，套管上的叶片中间设有插槽，利用插槽能够将测试挂片方便的进行固定，拆装方便，使挂片两个相对较大的面腐蚀程度均匀，进而使得测试结果更加准确可靠。

附图说明

图1为本发明气井管柱腐蚀模拟装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中套管、轴承、叶片的连接示意图；

图3为本发明实施例中叶片的结构示意图；

其中，1为氮气瓶、2为氮气流量计、3为二氧化碳气瓶、4为二氧化碳流量计、5为氮气流量调节阀门、6为二氧化碳流量调节阀门、7为混气罐、8为储液罐、9为控温热电偶、10为液体流量计、11为混合气体流量调节阀门、12为液体流量调节阀门、13为气液混合泵、14为喷嘴、15为反应釜、16为三角支架、17为套管、18为叶片、18-1-插槽、19为轴承、20为废液排出口、21为排液阀门、22为尾气排出口、23为排气阀门、24为压力表、25为废液回收罐、26为尾气吸收罐。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参照图1，本发明气井管柱腐蚀模拟装置包括供气和供液系统、气液混合系统、腐蚀测试系统、气液回收系统。其中，供气和供液系统包氮气瓶1、氮气流量计2、二氧化碳气瓶3、二氧化碳流量计4、氮气流量调节阀门5、二氧化碳流量调节阀门6、混气罐7、储液罐8、控温热电偶9和液体流量计10，氮气瓶1的出口与氮气流量计2的入口相连通，氮气流量计2的出口通过氮气流量调节阀门5与混气罐7的入口相连通，所述二氧化碳气瓶3的出口与二氧化碳流量计4的入口相连通，二氧化碳流量计4的出口通过二氧化碳流量调节阀门6与混气罐7的入口相连通。气液混合系统包括混合气体流量调节阀门11、液体流量调节阀门12、气液混合泵13和喷嘴14，混气罐7的出口与气液混合泵13的气体入口端混合气体流量调节阀门11相连通，液体流量计10的出口与气液混合泵13的液体入口端液体流量调节阀门12相连通，气液混合泵的出口与喷嘴14相连通。腐蚀测试系统包括反应釜15、三角支架16、套管17、叶片18、轴承19、废液排出口20、排液阀门21、尾气排出口22、排气阀门23、压力表24，气液混合泵的出口通过喷嘴14与反应釜15相连通，喷嘴14的喷射口位于反应釜15的内腔，反应釜15尾气通过排气阀门23与尾气排出口22相连，反应釜15废液通过排液阀门21与废液排出口20相连。气液回收系统包括废液回收罐25和尾气吸收罐26，废液排出口20与废液回收罐25相连通，尾气排出口23与尾气吸收罐26相连，尾气吸收罐26出口与大气相连通。储液罐8为电加热，温度根据气井地温梯度2.8℃/100m进行设定，通过储液罐8底部设置的控温热电偶9进行调节温度。反应釜15带有三角支架16用于支撑反应釜体15，反应釜15材质为310S不锈钢，反应釜15一侧面距底部1/2处装有混合气液泵13自带的喷嘴14。反应釜15材质为310S不锈钢，耐腐蚀较强，可以满足实验测试要求，反应釜15是直径为25cm，高为70cm的圆柱形筒，反应釜15一侧面距底部1/3处装有混合气液泵13自带的喷嘴14，另一侧面距顶部1/4处为带有排气阀门23的尾气排出口22，反应釜15下部正中央为带有排液阀门21的废液排出口20。反应釜15内部顶端为带有轴承19的长为50cm的套管17，套管17固定于轴承内径上，通过喷嘴14喷出的高速流体带动固定在轴承19上转动，挂片套管17上下各有四个叶片18，每个叶片18长为20cm，宽为6cm，且每个叶片18中间有宽为3.2mm的插槽用于固定挂片。反应釜15顶部有压力表24，反应釜15顶部轴承19型号为6206.2RS/P4，其内径d为30mm，外径D为62mm，厚度B为16mm。反应釜底部设计为中间较为尖，这样有利于实验结束后反应釜内废液的排出，节省实验操作时间，反应釜顶部装有压力表，方便实时检测反应釜内压力变化，避免发生安全事故的发生。

参照图1，气液混合泵13采用型号40QY-6、扬程40m、流量6m³/h、功率3kw、转速2900r/min，气液混合泵13自带的喷嘴14流速根据气井压降梯度方程：

其中，

H_g为持气率；ρ_l为液体密度，Kg/m³；ρ_g为气体密度，Kg/m³；g为重力加速度，m/s²；f_m为气液两相摩阻系数；G为质量流速，Kg/s；ρ_m为气液混合物密度，Kg/m³；σ₁为界面张力，N/m；V_m为混合物的速度，m/s；V_sg为气相表观速度，m/s；V_sl为液相表观速度，m/s；D_p为管径，m；P为压力，Pa；N_v、N_D分别为中间变量；z为井深，m。设定气体吸入口11和液体吸入口12可以利用负压作用吸入气体，边吸液体边吸气体，泵内可以加压混合，气体与液体充分溶解，气液溶解效率达95％以上，能够较为准确模拟气井井下流体在不同流动状态时对气井管柱进行腐蚀情况。

参照图2，在对挂片腐蚀特性进行测试时，反应釜顶部的轴承采用型号为6206.2RS/P4，其内径d为30mm，外径D为62mm，厚度B为16mm。在喷嘴喷射出的强大雾状流体冲击下，轴承可以带动套管进行转动，定挂片套管转速由喷嘴喷射的雾状流体流速决定，能够较为准确的模拟气井管柱腐蚀特性测试。

利用本发明的气井管柱腐蚀模拟装置进行实验方法，包括以下步骤：

气井管柱腐蚀模拟装置运行前的准备工作，包括检查气瓶和储液罐、系统气密性、安装测试挂片、系统内杂质气体置换的步骤。具体的：

首先检查氮气气瓶1、二氧化碳气瓶3以及储液罐8，确保氮气和二氧化碳以及配置的地层水充足，然后测试整个装置的气密性，启动所有设备进行充气憋压，待压力不下降时说明整个装置气密性良好，在反应釜15中安装测试挂片，将金属的测试挂片固定于叶片18上，最后进行排除系统气体杂质，关闭二氧化碳流量调节阀门6、液体流量调节阀门12、排液阀门21以及排气阀门23，打开氮气流量调节阀门5、混合气体流量调节阀门11，在整个系统中持续充入氮气到一定压力，缓慢打开排气阀门23待压力降低至常温后，将排气阀门23关闭，再次充入氮气至一定压力，然后缓慢打开排气阀门23待压力降低至常温，重复若干次，完成整个系统内气体完全置换。

调节氮气流量计2、二氧化碳流量计4以及液体流量计10至实验规定流量，然后缓慢打开氮气流量调节阀门5、二氧化碳流量调节阀门6、混合气体流量调节阀门11、液体流量调节阀门12，关闭排液阀门21，通过调节反应釜15尾气排出口22的排气阀门23来调节反应釜15的压力至预设压力，调节储液罐8的控温热电偶9至预设温度，氮气以设定流量从氮气瓶1经过氮气流量计2进入混气罐7，二氧化碳气体以设定流量从二氧化碳气瓶3经过二氧化碳流量计4进入混气罐7，氮气和二氧化碳在混气罐7充分混合后从气液混合泵13气体进入口进入气液混合泵13，配置的地层水以设定流量从储液罐8经过液体流量计12从气液混合泵液体进入口进入气液混合泵13，二氧化碳与氮气的混合气体和地层水经气液混合泵13设定的扬程并完全溶解后通过气液混合泵喷嘴14进入反应釜15，固定有测试挂片的叶片18在气液混合泵喷嘴14喷出的雾状流体带动下开始转动进行测试，尾气中二氧化碳气体通过反应釜15尾气排出口22进入尾气吸收罐26被尾气处理剂Ca(OH)2溶液吸收，尾气氮气通过反应釜15尾气排出口22进入尾气吸收罐26后再进入大气。

实验测试结束后，首先关闭控温热电偶9，待储液罐8温度缓慢降低至室温，其次将尾气排出口排气阀门23调至最大，使得反应釜15内部压力降低至大气压，然后关闭氮气瓶1、二氧化碳气瓶3以及储液罐8，再关闭气液混合泵13，最后将反应釜15内测试挂片取出并打开废液排出口20的开关21将反应釜15内废液排出。

本发明可以模拟测试气井在不同生产时期的管柱腐蚀问题，为现场气井管柱腐蚀测试提供了有力支撑。

实施例1

苏里格气田主要储集层为石盒子组盒8段和山西组山1段河流相砂岩储层，勘探区域面积约为5.5×10⁴km²，天然气总量大于5.0×10¹²m³，基本探明地质储量大于4.0×10¹²m³，累计产气量高于1.24×10¹²m³。气井深度为3000m-3800m之间，气田盒8段产出水主要为地层水和凝析水，2019年气井平均液气比为0.51m³/10⁴m³现已增加至0.72m³/10⁴m³，日均单井产液量为0.42m³/d，产出液体中含有酸性气体二氧化碳，井筒管柱所处介质为高矿化度地层水和二氧化碳气体共存环境，当含量较高时会对气井管柱造成不同程度的腐蚀破坏。

具体的测试过程包括如下步骤：

首先检查氮气气瓶1、二氧化碳气瓶3以及储液罐8，确保氮气和二氧化碳以及配置的地层水充足，然后测试整个装置的气密性，启动所有设备进行充气憋压，待压力不下降时说明整个装置气密性良好，在反应釜15中安装测试挂片，将金属测试挂片固定于叶片18上，最后进行排除系统气体杂质，关闭二氧化碳流量调节阀门6、液体流量调节阀门12、排液阀门21以及排气阀门23，打开氮气流量调节阀门5、混合气体流量调节阀门11，在整个系统中持续充入氮气到一定压力，缓慢打开排气阀门23待压力降低至常温后，将排气阀门23关闭，再次充入氮气至一定压力，然后缓慢打开排气阀门23待压力降低至常温，重复若干次，完成整个系统内气体完全置换；

设定控温热电偶9的温度为106.4℃，通过排气阀门23调节反应釜压力表为22MPa。氮气以设定流量2.0L/min从氮气瓶1经过氮气流量计2进入混气罐7，二氧化碳气体以设定流量0.2L/min从二氧化碳气瓶3经过二氧化碳流量计4进入混气罐7，氮气和二氧化碳在混气罐7充分混合后从气液混合泵13气体进入口进入气液混合泵13，配置的地层水以设定流量0.42m³/d从储液罐8经过液体流量计12从气液混合泵液体进入口进入气液混合泵13，气体和地层水经气液混合泵13设定的扬程10m并完全溶解后通过气液混合泵喷嘴14进入反应釜15，固定有测试挂片的叶片18在气液混合泵喷嘴14喷出的雾状流体带动下开始转动进行测试，尾气中二氧化碳气体通过反应釜15尾气排出口22进入尾气吸收罐26被尾气处理剂Ca(OH)₂溶液吸收，尾气氮气通过反应釜15尾气排出口22进入尾气吸收罐26后再进入大气。

实验测试结束后，首先关闭控温热电偶9，待储液罐8温度缓慢降低至室温，其次将尾气排出口排气阀门23调至最大，使得反应釜15内部压力降低至大气压，然后关闭氮气瓶1、二氧化碳气瓶3以及储液罐8，再关闭气液混合泵13，最后将反应釜15内测试挂片取出并打开废液排出口20的排液阀门21将反应釜15内废液排出。

实施例2

定边气田主要储集层为石盒子组盒8段和山西组山1段、山2段，本溪组储层，勘探区域面积约为25×10⁴km²，总探明地质储量大于1050×10⁸m³,技术可采储量为600×10⁸m³，经济可采储量450×10⁸m³，气井深度为2000m-2600m之间，气田山1、山2段产出水主要为地层水，2018年气井平均液气比为0.55m³/10⁴m³现已增加至0.81m³/10⁴m³，日均单井产液量为0.54m³/d，产出液体中含有酸性气体二氧化碳，井筒管柱所处介质为高矿化度地层水和二氧化碳酸性气体共存环境，当酸性气体含量较高时会对气井管柱造成不同程度的腐蚀破坏。

具体的测试过程包括如下步骤：

首先检查氮气气瓶1、二氧化碳气瓶3以及储液罐8，确保氮气和二氧化碳以及配置的地层水充足，然后测试整个装置的气密性，启动所有设备进行充气憋压，待压力不下降时说明整个装置气密性良好，在反应釜15中安装测试挂片，将金属测试挂片固定于叶片18上，最后进行排除系统气体杂质，关闭二氧化碳流量调节阀门6、液体流量调节阀门12、排液阀门21以及排气阀门23，打开氮气流量调节阀门5、混合气体流量调节阀门11，在整个系统中持续充入氮气到一定压力，缓慢打开排气阀门23待压力降低至常温后，将排气阀门23关闭，再次充入氮气至一定压力，然后缓慢打开排气阀门23待压力降低至常温，重复若干次，完成整个系统内气体完全置换；

设定控温热电偶9的温度为72℃，通过排气阀门23调节反应釜压力表为17MPa。氮气以设定流量2.5L/min从氮气瓶1经过氮气流量计2进入混气罐7，二氧化碳气体以设定流量0.5L/min从二氧化碳气瓶3经过二氧化碳流量计4进入混气罐7，氮气和二氧化碳在混气罐7充分混合后从气液混合泵13气体进入口进入气液混合泵13，配置的地层水以设定流量0.53m³/d从储液罐8经过液体流量计12从气液混合泵液体进入口进入气液混合泵13，气体和地层水经气液混合泵13设定的扬程15m并完全溶解后通过气液混合泵喷嘴14进入反应釜15，固定有测试挂片的叶片18在气液混合泵喷嘴14喷出的雾状流体带动下开始转动进行测试，尾气中二氧化碳气体通过反应釜15尾气排出口22进入尾气吸收罐26被尾气处理剂Ca(OH)₂溶液吸收，尾气氮气通过反应釜15尾气排出口22进入尾气吸收罐26后再进入大气。

实验测试结束后，首先关闭控温热电偶9，待储液罐8温度缓慢降低至室温，其次将尾气排出口排气阀门23调至最大，使得反应釜15内部压力降低至大气压，然后关闭氮气瓶1、二氧化碳气瓶3以及储液罐8，再关闭气液混合泵13，最后将反应釜15内测试挂片取出并打开废液排出口20的排液阀门21将反应釜15内废液排出。

需要指出的是，上述实施例只为说明本发明所采用的技术思路，在具体的实施过程中如尾气处理剂Ca(OH)₂溶液仍可改进，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种气井管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，包括氮气瓶(1)、二氧化碳气瓶(3)、储液罐(8)、混气罐(7)、气液混合泵(13)、反应釜(15)、套管(17)和叶片(18)；

氮气瓶(1)和二氧化碳气瓶(3)均通过管路与混气罐(7)的入口连接，氮气瓶(1)与混气罐(7)连接的管路上沿着氮气流向依次设有氮气流量计(2)和氮气流量调节阀门(5)；二氧化碳气瓶(3)与混气罐(7)连接的管路上沿着二氧化碳流向依次设有二氧化碳流量计(4)和二氧化碳流量调节阀门(6)；

混气罐(7)的出口通过管路与气液混合泵(13)的气体入口连接，混气罐(7)与气液混合泵(13)连接的管路上设有混合气体流量调节阀门(11)；

储液罐(8)的出口通过管路与气液混合泵(13)的液体入口连接，储液罐(8)与气液混合泵(13)连接的管路上沿着液体流向依次设有液体流量计(10)和液体流量调节阀门(12)；储液罐(8)底部设有用于控制储液罐(8)内液体温度的控温热电偶(9)；

气液混合泵(13)的出口通过管路与反应釜(15)的内腔连通，气液混合泵(13)与反应釜(15)连接的管路的出口设有喷嘴(14)；

套管(17)设置于反应釜(15)的内腔，套管(17)的上端与反应釜(15)的顶部转动连接，套管(17)上均匀设置有若干叶片(18)，叶片(18)位于喷嘴(14)的喷射范围内，叶片(18)上能够安装测试挂片；

反应釜(15)上设有尾气排出口(22)和废液排出口(20)，尾气排出口(22)和废液排出口(20)上分别设有排气阀门(23)和排液阀门(21)。

2.根据权利要求1所述的一种气井管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，尾气排出口(22)和废液排出口(20)分别设置于反应釜(15)的上端和底部。

3.根据权利要求1所述的一种气井管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，所述的反应釜(15)顶部有检测反应釜(15)内腔压力的压力表(24)。

4.根据权利要求1所述的一种气井管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，每个叶片(18)沿套管(17)的径向设置，叶片(18)的一端与套管(17)固定连接，叶片(18)的另一端与反应釜(15)内壁之间留有预设距离。

5.根据权利要求1所述的一种气井管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，叶片(18)与测试挂片之间可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的一种气井管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，叶片(18)上设有用于与测试挂片进行插接连接的插槽(18-1)，插槽(18-1)为一段盲槽。

7.根据权利要求1所述的一种气井管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，反应釜(15)的顶部与套管(17)之间通过轴承(19)转动连接，轴承(19)的外圈与反应釜(15)的顶部固定连接，套管(17)与轴承(19)的内圈连接。

8.根据权利要求1所述的一种气井管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，所述尾气排出口(22)和废液排出口(20)分别设有尾气吸收罐(26)和废液回收罐(25)。

9.一种气井管柱腐蚀模拟试验方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-8任意一项所述的气井管柱腐蚀模拟装置进行，包括如下过程：

将测试挂片安装于叶片(18)上，将混气罐(7)、气液混合泵(13)和反应釜(15)中的气体置换为氮气；

调节氮气流量计(2)、二氧化碳流量计(4)以及液体流量计(10)至实验规定流量，然后打开氮气流量调节阀门(5)、二氧化碳流量调节阀门(6)、混合气体流量调节阀门(11)和液体流量调节阀门(12)，关闭排液阀门(21)，通过调节排气阀门(23)来调节反应釜(15)的压力至预设压力，调节储液罐(8)的控温热电偶(9)至预设温度，氮气以设定流量从氮气瓶(1)经过氮气流量计(2)进入混气罐(7)，二氧化碳气体以设定流量从二氧化碳气瓶(3)经过二氧化碳流量计(4)进入混气罐(7)，氮气和二氧化碳在混气罐(7)充分混合后从气液混合泵(13)气体进入口进入气液混合泵(13)，储液罐(8)中配置好的地层水以设定流量从储液罐(8)经过液体流量计(12)从气液混合泵液体进入口进入气液混合泵(13)，氮气与二氧化碳的混合气体与地层水经气液混合泵(13)设定的扬程并完全溶解后通过喷嘴(14)进入反应釜(15)，喷嘴(14)喷出的雾状流体驱动固定有测试挂片的叶片(18)随着套管(17)一起转动，同时雾状流体与测试挂片相接触，雾状流体中分离出来的二氧化碳气体通过尾气排出口(22)以及氮气从尾气排出口(22)排出；

待实验测试结束后，关闭控温热电偶(9)，待储液罐(8)温度降低至室温，将排气阀门(23)调大，使得反应釜(15)内部压力降低至大气压，然后关闭氮气流量调节阀门(5)、二氧化碳流量调节阀门(6)和液体流量调节阀门(12)，再关闭气液混合泵(13)，最后将测试挂片取出，并打开排液阀门(21)，将反应釜(15)内废液排出。

10.根据权利要求9所述的一种气井管柱腐蚀模拟试验方法，其特征在于，将尾气排出口(22)排出的气体通过碱液清洗，去除气体中的二氧化碳；

喷嘴(14)流速根据气井压降梯度方程确定井筒不同深度的压力降：

其中，

H_g为持气率；ρ_l为液体密度，单位为kg/m³；ρ_g为气体密度，单位为kg/m³；g为重力加速度，单位为m/s2；f_m为气液两相摩阻系数；G为质量流速，单位为kg/s；ρ_m为气液混合物密度，单位为kg/m³；σ₁为界面张力，单位为N/m；V_m为混合物的速度，单位为m/s；V_sg为气相表观速度，单位为m/s；V_sl为液相表观速度，单位为m/s；D_p为管径，单位为m；P为压力，单位为Pa；N_v、N_D分别为中间变量；z为井深，单位为m。

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