CN207675615U - 一种评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，属于油井管腐蚀评价领域。包括通过管路依次相连的湿度调节高压釜、试验高压釜及废气废液处理系统，在湿度调节高压釜与试验高压釜相连的主管道上设有单向阀；还包括分别通过管路与湿度调节高压釜和试验高压釜相连的供气系统；在湿度调节高压釜和试验高压釜内均设有加热装置，湿度调节高压釜内填充有试验溶液，试验高压釜中设有多级电动搅拌器，测试样品承装于试验高压釜中；在湿度调节高压釜和试验高压釜上还均设有用于实时监测试验压力、湿度、pH值和温度的测试装置。该装置设计合理，能够在一次试验中完成多种参数的调整和监测，满足多重条件下的试验要求。

Description

一种评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置

技术领域

本实用新型属于油井管腐蚀评价领域，具体涉及一种评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置。

背景技术

在油气田开采开发过程中，腐蚀是自始至终存在的严重问题。其中，在高产气井开采过程中，井筒中的高速流体对油管柱的高温腐蚀和冲蚀作用尤为显著。因为高速流体使腐蚀介质(H₂S、CO₂、Cl^-、凝析水等)等在金属表面上运动，在机械磨损与腐蚀共同作用下，使腐蚀加速。例如，四川气田某些高产气井，日产气量可达100万方，日产水量约8万方，H₂S、CO₂等腐蚀性介质的含量高达150g/m3，对油管柱将产生严重腐蚀。为此，科技人员对油井管柱的高温腐蚀和冲蚀损伤机理、防护技术和预防措施等进行了大量的研究，同时也开发了一些研究油井管柱高温腐蚀和冲蚀腐蚀性能的试验装置。

目前用于评价油井管柱高温腐蚀性能和冲蚀性能的常用设备为高温高压反应釜。常规配置的CORTEST动态高温高压釜最大操作温度可达350℃，最大操作压力可达35MPa。专门用于超临界腐蚀研究的高温高压釜最大操作温度可达600℃。更高压力等级的高温高压釜最大操作压力可达69MPa，103MPa，甚至138MPa。

但是，常规高温高压反应釜存在以下不足：(1)受动力因素限制，一般只能模拟最高流速为5m/s的冲蚀环境；(2)一定温度下气液两相环境中不能调节腐蚀环境的湿度，无法模拟极低含水率高产气井的高温腐蚀和冲蚀环境。例如，当试验温度高于100℃，未达到临界压力时，模拟地层水已达到沸腾，甚至超临界状态，腐蚀试验结果与现场腐蚀情况相差太大。为此，科技人员研发了新型的模拟油井管柱高温腐蚀和冲蚀试验装置，主要有：(1)中国专利CN104330320A公开了“一种油井管柱冲蚀高温腐蚀共同作用测量装置”，该装置设有的恒流泵从模拟腐蚀箱抽取模拟液，经喷砂喷嘴对样品进行冲蚀，模拟液经排管流入模拟腐蚀箱；(2)中国专利CN103149144A中公开了“一种油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置”，该装置设有的高压釜出砂至螺旋给料器、出液至水泵，螺旋给料器中的砂和水泵中的液体至混合器混合形成冲蚀流体，再从喷嘴喷出，对试样进行冲蚀。第一种试验装置能在同一套装置中得到在冲蚀腐蚀共同作用下的冲蚀量、腐蚀量及冲蚀腐蚀共同作用的增加量；第二种模拟装置能通过改变流体冲蚀速率、调节冲蚀角度等条件模拟油井管柱受到冲蚀的情况。但是，以上装置均不能模拟在极低含水率高产气井中油管的高温腐蚀冲蚀环境。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，该试验装置结构设计合理，能够在一次试验中完成多种参数的调整和监测。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，包括通过管路依次相连的湿度调节高压釜、试验高压釜及废气废液处理系统，在湿度调节高压釜与试验高压釜相连的主管道上设有单向阀；还包括分别通过管路与湿度调节高压釜和试验高压釜相连的供气系统；

在湿度调节高压釜和试验高压釜内均设有加热装置，湿度调节高压釜内填充有试验溶液，试验高压釜中设有多级电动搅拌器，测试样品承装于试验高压釜中；在湿度调节高压釜和试验高压釜上还均设有用于实时监测试验压力、湿度、pH值和温度的测试装置。

优选地，加热装置包括主加热器和副加热器，在湿度调节高压釜底部设有主加热器；在试验高压釜的底部设有主加热器，釜壁周向设有副加热器。

优选地，在试验高压釜上设有第一温度计、第一压力计、第一pH计及第一湿度计；在湿度调节高压釜上设有第二温度计、第二压力计、第二pH计及第二湿度计。

优选地，供气系统通过第一进气管与湿度调节高压釜相连，第一进气管上设有第一进气阀，在湿度调节高压釜顶部设有第一排气管，第一排气管上设有第一排气阀；供气系统通过第二进气管与试验高压釜相连，第二进气管上设有第二进气阀，试验高压釜与废气废液处理系统通过第二排气管相连，第二排气管上还设有第二排气阀。

优选地，试验高压釜中设置有用于承装测试样品的样品支架，样品支架包括样品支架杆及固定设置在样品支架杆上的若干层样品安装台，每层样品安装台上都开设若干个样品夹具安装口，样品支架杆上还设有若干个流速探测器；在试验高压釜内壁上设有若干个用于安装样品支架的样品支架安装口。

优选地，样品夹具包括样品固定上盘、样品固定下盘及样品绝缘定位销，样品绝缘定位销卡合于样品固定下盘上，测试样品插设于样品绝缘定位销中；在样品固定上盘上还开设有卡刀定位槽，定位槽中能够安装定位卡刀。

优选地，样品夹具安装口上开设有若干夹具定位槽，样品夹具定位槽与卡刀定位槽开口相对，定位卡刀安装于卡刀定位槽中且两端伸出卡刀定位槽的部分固定于样品夹具定位槽上。

优选地，样品夹具安装口定位槽沿径向设置，设置角度与测试样品在试验高压釜中的冲蚀角度对应。

优选地，样品夹具安装口上端还设有样品夹具安装口上盘，样品夹具安装口上盘通过紧固螺栓和紧固螺母与样品夹具安装口固定。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，通过设置的湿度调节高压釜实现对试验高压釜内湿度的调节(可保证气相高温腐蚀冲蚀试验过程中的湿度)，利用设置的加热装置完成对温度的控制，配合分别设置的多级电动搅拌器满足对流速的控制要求。同时，在湿度调节高压釜和试验高压釜上还均设有用于实时监测试验压力、湿度、pH值和温度的测试装置。与传统高温高压釜中样品架转动的方式相比，本装置中测试样品始终保持静止，通过多级电动搅拌器转动，克服了传统高压釜动力不足或者因转速太快引起的样品脱落的问题。该装置利用不同的组合能够达到各种试验状态，可以测量含凝析水气相、气液两相或液相流体作用下的耐高温高压腐蚀性能，实现一种装置多种用途，满足各种试验需求的效果。

进一步地，加热装置包括主加热器和副加热器，分别将主加热器和副加热器设置于试验高压釜的底部和周向侧壁，充分保证了试验高压釜内温度的均匀性。

进一步地，测试样品通过样品支架承装于试验高压釜中，样品支架通过样品支架安装口设置在试验高压釜中，样品支架安装口在试验高压釜周向的不同位置开设，根据流体动力学原理，可在同一釜内模拟不同流速下试验样品的高温腐蚀冲蚀情况。

进一步地，样品支架包括样品支架杆及固定设置在样品支架杆上的若干层样品安装台，每层样品安装台上都开设若干个样品夹具安装口，样品支架杆上还设有若干个流速探测器，流速探测器结合多级电动搅拌器，能够进一步满足对流速的控制要求。

进一步地，样品夹具包括样品固定上盘、样品固定下盘及样品绝缘定位销，样品固定上盘上开设有一定深度的卡刀定位槽，用于放置定位卡刀，定位卡刀两端伸出样品固定上盘，直至伸入样品夹具安装口上设置的样品夹具定位槽，通过将定位卡刀嵌入样品夹具安装口上不同的样品夹具定位槽(样品夹具定位槽沿径向设置有若干个，其设置角度与测试样品在试验高压釜中的冲蚀角度对应)中，能够实现样品模拟不同冲蚀角度(如15°、30°、45°等)下的样品高温腐蚀冲蚀情况。

附图说明

图1为本实用新型实例中所述试验装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实例中所述样品安装支架的主视图；

图3为本实用新型实例中所述样品安装支架的俯视图；

图4为本实用新型实例中所述样品安装支架安装口的俯视图；

图5为本实用新型实例中所述样品夹具示意图，其中，(a)为主视图，(b)为俯视图；

图6为本实用新型实例中所述样品夹具安装口示意图，其中，(a)为主视图，(b)为俯视图；

图7为加上定位卡刀和样品夹具安装口上盘后，样品夹具安装口的示意图，其中，(a)为主视图，(b)为俯视图。

其中，1为主加热器，2为副加热器，3为多级电动搅拌器，4为样品支架，5为第一温度计，6为第一压力计，7为第一pH计，8为二进气管，9为第二排气管，10为样品支架安装底座，11为样品支架安装口，12为第二进气阀，13为第二排气阀，14为第一湿度计，15为供气系统，16为单向阀，17为第一进气阀，18为第二pH计，19为试验溶液，20为第二压力计，21为第二湿度计，22为第二温度计，23为第一排气阀，24为第一进气管，25为湿度调节高压釜，26为主管道，27为第一排气管，28为废气废液处理系统，29为流速探测器，30为样品夹具安装口，31为样品支架杆，32为样品安装台，33为测试样品，34为样品绝缘定位销，35为样品固定下盘，36为样品固定上盘，37为卡刀定位槽，38为样品夹具定位槽，39为定位卡刀，40为样品安装口上盘，41为紧固螺母，42为紧固螺栓。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

参见图1，本实用新型公开的一种评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，包括通过管路依次相连的湿度调节高压釜25、试验高压釜及废气废液处理系统28，在湿度调节高压釜25与试验高压釜相连的主管道26上设有单向阀16；还包括分别通过管路与湿度调节高压釜25和试验高压釜相连的供气系统15；在湿度调节高压釜25和试验高压釜内均设有加热装置，湿度调节高压釜25内填充有试验溶液19，试验高压釜中设有多级电动搅拌器3，测试样品33承装于试验高压釜中；在湿度调节高压釜25和试验高压釜上还均设有用于实时监测试验压力、湿度、pH值和温度的测试装置。

供气系统15通过第一进气管24与湿度调节高压釜25相连，第一进气管24上设有第一进气阀17，在湿度调节高压釜25顶部设有第一排气管27，第一排气管27上设有第一排气阀23；

供气系统15通过第二进气管8与试验高压釜相连，第二进气管8上设有第二进气阀12，试验高压釜与废气废液处理系统28通过第二排气管9相连，第二排气管9上还设有第二排气阀13。

优选地，加热装置包括主加热器1和副加热器2，在湿度调节高压釜25底部设有主加热器；为保证试验高压釜内温度的均匀性，在试验高压釜的底部设有主加热器1，周向侧壁内设有副加热器2。

优选地，在试验高压釜上设有第一温度计5、第一压力计6、第一pH计7及第一湿度计14；在湿度调节高压釜25上设有第二温度计22、第二压力计20、第二pH计18及第二湿度计21，用于实时监测装置内的压力、pH、湿度和温度。

更进一步优选地，在主管道26上还设有保温层。

更进一步优选地，在试验高压釜底部还设有用于承装样品支架4的样品支架安装底座10。

参见图2和图3，试验高压釜中设置有用于承装测试样品33的样品支架4，样品支架4包括样品支架杆31及固定设置在样品支架杆31上的若干层样品安装台32，每层样品安装台32上都开设若干个样品夹具安装口30，样品支架杆31上还设有若干个流速探测器29。

该装置利用设置的主加热器和副加热器完成对温度的控制，配合分别设置的多级电动搅拌器和流速探测器能够满足其对流速的控制要求。

参见图4，在试验高压釜内壁上设有若干个用于安装样品支架4的样品支架安装口11。参见图5中，(a)和(b)，样品夹具包括样品固定上盘36、样品固定下盘35及样品绝缘定位销34，样品绝缘定位销34卡合于样品固定下盘35上，测试样品33插设于样品绝缘定位销34中；在样品固定上盘36上还开设有卡刀定位槽37，卡刀定位槽37用于安装定位卡刀39。

参见图6中(a)，样品夹具安装口30上开设有若干样品夹具定位槽38，样品夹具定位槽38与卡刀定位槽37开口相对，定位卡刀39安装于卡刀定位槽37中且两端伸出卡刀定位槽37的部分固定于样品夹具定位槽38上，参见图6中(b)，样品夹具定位槽38沿径向设置多个，设置角度与测试样品在试验高压釜中的冲蚀角度对应，如15°，30°，45°。可以模拟不同冲蚀角度(如15°、30°、45°等)下的样品高温腐蚀冲蚀情况。

参见图7，样品夹具安装口30上端还设有样品安装口上盘40，样品安装口上盘40通过紧固螺栓42和紧固螺母41与样品夹具安装口30固定。

本实用新型的试验样品在安装时，由于图5中的样品固定上盘36上，开设有一定深度的卡刀定位槽37，用于放置定位卡刀39。定位卡刀39两端伸出样品固定上盘36的范围，直至伸入样品夹具安装口30上的样品夹具定位槽38，通过定位卡刀39嵌入样品夹具安装口30上不同的样品夹具定位槽38，可实现样品模拟不同冲蚀角度(如15°、30°、45°等)下的样品高温腐蚀冲蚀情况。

然后，在样品夹具安装口30上方盖上样品安装口上盘40，样品安装口上盘40通过螺栓42和紧固螺母41与样品夹具安装口30固定。

最后，将安装了试验样品33的样品支架4安装进试验高压釜的样品支架安装口11中。

采用上述的试验装置评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的方法，包括以下步骤：

1)将测试样品安装在样品夹具上，将样品夹具安装至样品支架上的样品夹具安装口；

2)根据试验冲蚀角度要求，旋转样品夹具使卡刀定位槽与相应的夹具定位槽对应，依次安装卡刀，样品夹具固定上盘等，然后将装有测试样品的样品支架安装至样品支架安装口上；

3)在湿度调节高压釜内加入配制好的试验溶液后，按试验要求对湿度调节高压釜和试验高压釜进行除氧处理，然后启动试验高压釜内的加热装置，使试验高压釜升温至预定温度；

4)开启主管道上的单向阀，按照试验要求向湿度调节高压釜内通入腐蚀性气体，腐蚀性气体经过主管道流入试验高压釜；

5)启动湿度调节高压釜内的加热装置，使湿度调节高压釜内的试验溶液升温，直至试验高压釜内的湿度达到试验要求，同时通过供气系统补充气体，以达到预定压力；

6)根据试验需要，启动多级电动搅拌器，使流体达到预定流速，实时监测试验压力、湿度、pH值、温度及流速的变化。

优选地，当利用本实用新型的装置进行气液两相、液相环境腐蚀试验时，仅利用装置中的试验高压釜即可完成试验。

综上所述，本实用新型提供的一种低含水率高产气井油管高温腐蚀试验装置，能够满足多重条件下的试验要求，提高试验的可操作性和完备性，在一次试验中完成多种参数的调整和监测。通过该试验装置获得的试验结果，可为建立完井管柱冲蚀性能评价方法奠定基础，在完井管柱选材和完井管柱完整性评价方面等具有广泛的应用前景。

Claims (9)

1.一种评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，其特征在于，包括通过管路依次相连的湿度调节高压釜(25)、试验高压釜及废气废液处理系统(28)，在湿度调节高压釜(25)与试验高压釜相连的主管道(26)上设有单向阀(16)；还包括分别通过管路与湿度调节高压釜(25)和试验高压釜相连的供气系统(15)；

在湿度调节高压釜(25)和试验高压釜内均设有加热装置，湿度调节高压釜(25)内填充有试验溶液(19)，试验高压釜中设有多级电动搅拌器(3)，测试样品(33)承装于试验高压釜中；在湿度调节高压釜(25)和试验高压釜上还均设有用于实时监测试验压力、湿度、pH值和温度的测试装置。

2.根据权利要求1所述的评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，其特征在于，加热装置包括主加热器(1)和副加热器(2)，在湿度调节高压釜(25)底部设有主加热器(1)；在试验高压釜的底部设有主加热器(1)，周向侧壁内设有副加热器(2)。

3.根据权利要求1所述的评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，其特征在于，在试验高压釜上设有第一温度计(5)、第一压力计(6)、第一pH计(7)及第一湿度计(14)；在湿度调节高压釜(25)上设有第二温度计(22)、第二压力计(20)、第二pH计(18)及第二湿度计(21)。

4.根据权利要求1所述的评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，其特征在于，供气系统(15)通过第一进气管(24)与湿度调节高压釜(25)相连，第一进气管(24)上设有第一进气阀(17)，在湿度调节高压釜(25)顶部设有第一排气管(27)，第一排气管(27)上设有第一排气阀(23)；

供气系统(15)通过第二进气管(8)与试验高压釜相连，第二进气管(8)上设有第二进气阀(12)，试验高压釜与废气废液处理系统(28)通过第二排气管(9)相连，第二排气管(9)上还设有第二排气阀(13)。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，其特征在于，试验高压釜中设置有用于承装测试样品(33)的样品支架(4)，样品支架(4)包括样品支架杆(31)及固定设置在样品支架杆(31)上的若干层样品安装台(32)，每层样品安装台(32)上都开设若干个样品夹具安装口(30)，样品支架杆(31)上还设有若干个流速探测器(29)；

在试验高压釜内壁上设有若干个用于安装样品支架(4)的样品支架安装口(11)。

6.根据权利要求5所述的评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，其特征在于，样品夹具包括样品固定上盘(36)、样品固定下盘(35)及样品绝缘定位销(34)，样品绝缘定位销(34)卡合于样品固定下盘(35)上，测试样品(33)插设于样品绝缘定位销(34)中；在样品固定上盘(36)上还开设有卡刀定位槽(37)，卡刀定位槽(37)用于安装定位卡刀(39)。

7.根据权利要求6所述的评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，其特征在于，样品夹具安装口(30)上开设有若干样品夹具定位槽(38)，样品夹具定位槽(38)与卡刀定位槽(37)开口相对，定位卡刀(39)安装于卡刀定位槽(37)中且两端伸出卡刀定位槽(37)的部分固定于样品夹具定位槽(38)上。

8.根据权利要求7所述的评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，其特征在于，样品夹具定位槽(38)沿径向设置，设置角度与测试样品在试验高压釜中的冲蚀角度对应。

9.根据权利要求7所述的评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，其特征在于，样品夹具安装口(30)上端还设有样品安装口上盘(40)，样品安装口上盘(40)通过紧固螺栓(42)和紧固螺母(41)与样品夹具安装口(30)固定。