專利名稱：一種高溫高壓多相流腐蝕實驗方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗方法及裝置，更具體地說，它涉及ー種用于油氣田材料腐蝕方面高溫高壓多相流腐蝕實驗方法，本發(fā)明還涉及使用該方法進行高溫高壓多相流腐蝕實驗和評價的試樣及試樣夾持裝置。
背景技術：
在金屬材料化學實驗中，需要對石油エ業(yè)、化學エ業(yè)中用于抗腐蝕的設備、管道、裝置所用金屬材料處于高溫高壓高含腐蝕介質(zhì)的氣相、液相或多相流狀態(tài)進行腐蝕性能評價。目前國內(nèi)外現(xiàn)有的高溫高壓腐蝕測試方法一般都是在高溫高壓釜內(nèi)安裝攪拌裝置，將試樣安裝在攪拌器上實現(xiàn)試樣和腐蝕介質(zhì)的相對運動，不能模擬石油エ業(yè)和化學エ業(yè)中高溫高壓條件下腐蝕介質(zhì)的流動以及模擬沖刷腐蝕作用，材質(zhì)的腐蝕評價結(jié)果與現(xiàn)場結(jié)果相差較大。在油氣エ業(yè)中，高溫高壓含H2S/C02組分的復雜體系在油管和輸送管、站場設備中的腐蝕和沖蝕與流場變異、與多相體系的流態(tài)及流型有夫。目前這類試驗評價在學術上和工程技術上具有重要價值，由于缺乏相應的實驗方法和裝置，致使相應的評價實驗不能進行。常規(guī)的高壓動態(tài)腐蝕評價試驗儀為葉片攪動或錐板轉(zhuǎn)動，其流態(tài)分布與實際的エ業(yè)狀況相差甚遠，用常規(guī)方法評價材料的腐蝕或緩蝕劑的防腐效果與エ業(yè)實際常常相差甚遠。目前，常規(guī)的攪拌式高溫高壓腐蝕動態(tài)腐蝕實驗方法存在以下不足
(1)高溫高壓釜體的結(jié)構局限性造成腐蝕介質(zhì)不能實現(xiàn)管路流動，無法模擬現(xiàn)場條
件；
(2)腐蝕介質(zhì)中的固相顆粒因重力作用將沉于釜底，安放在氣相和液相中的試樣不會受到固體顆粒的沖刷作用，因而不能模擬現(xiàn)場沖刷腐蝕作用；
(3)攪拌器的轉(zhuǎn)速及試樣表面的線速度雖可精確計算，但由于腐蝕介質(zhì)有一定粘度，致使腐蝕介質(zhì)與試樣產(chǎn)生相對運動，從而導致試樣與腐蝕介質(zhì)的相對運動速度難于準確獲得，并且該速度誤差隨攪拌速度増大而增加。為解決常規(guī)高溫高壓動態(tài)腐蝕試驗不能模擬現(xiàn)場實際エ況的問題，本發(fā)明借助循環(huán)流動高溫高壓釜，提出了新型高溫高壓腐蝕介質(zhì)流動通道，并設計出了腐蝕試樣的夾持裝置，形成了適用于高溫高壓多相流腐蝕測試的新型實驗方法，能夠很好的解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種能夠較真實反映現(xiàn)場エ況、用于模擬多相流高溫高壓腐蝕實驗的方法。本發(fā)明要解決的另ー技術問題是提供ー種結(jié)構簡單、易于操作、安全可靠、能夠同時測試多個試樣、用于模擬多相流腐蝕的高溫高壓釜所用試樣夾持裝置。本發(fā)明的前一技術方案是這樣實現(xiàn)的ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗方法主要包括(I)測定金屬材料在高溫高壓氣相流、液相流以及氣液兩相流腐蝕エ況下的耐蝕性能、和腐蝕速率；(2)測定金屬材料在高溫高壓條件下，攜水、管道積水等狀態(tài)下的耐蝕性能和腐蝕速率；(3)測定金屬材料在氣相、液相、固相三相狀態(tài)以及懸浮液、懸浮顆粒作用下的腐蝕作用機理及其腐蝕速率；(4)測定由于腐蝕作用所形成的不溶性腐蝕產(chǎn)物、沉積元素硫、不參與腐蝕反應的惰性固相對材料耐蝕性能和腐蝕速率的影響作用機理；(5)對攜水采氣、積水采氣等特定開采狀態(tài)的套管剰余強度進行分析評價；根據(jù)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果計算得出材料在以上エ況下的耐蝕性能和腐蝕速率，并對腐蝕產(chǎn)物組分、形貌以及腐蝕產(chǎn)物膜特征進行分析，從而對金屬材料在多相流高溫高壓腐蝕條件下的耐蝕性能進行綜合評價。上述的ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗方法中，具體測定步驟是(A)將腐蝕掛片試樣夾持在下絕緣夾具(3)和上絕緣夾具(4)之間；(B)將裝有待測試樣的絕緣夾具裝入循環(huán)動態(tài)高溫高壓釜中；(C)根據(jù)所模擬的エ況特征，分別先后加入適量的液相、固相和氣相腐蝕介質(zhì)，從而形成特定的氣相、液相、氣液兩相、攜水流動、管道積水、懸浮液等綜合腐蝕介質(zhì)；(D)達到實驗設計溫度、壓力、流速后，按常規(guī)方法開始實驗。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有下述優(yōu)點
(I)高溫高壓釜內(nèi)氣相或液相腐蝕介質(zhì)能夠與試樣充分接觸，能夠真實模擬現(xiàn)場エ況下樣品內(nèi)壁、外壁的沖刷腐蝕作用并對沖刷腐蝕進行評價。(2)模擬測定試樣在高溫高壓氣相、液相、固相以及多相流狀態(tài)下，管具積水、沉積元素硫、懸浮液、懸浮顆粒以及由于腐蝕作用所形成的不溶性腐蝕產(chǎn)物、不參與腐蝕反應的惰性固相對試樣腐蝕速率的影響作用機理，實驗結(jié)果更接近現(xiàn)場エ況，能夠真實模擬現(xiàn)場腐蝕作用的影響因素，對現(xiàn)場判定材料的抗腐蝕性能提供更可靠、更加穩(wěn)定的實驗方法。


下面結(jié)合附圖和實驗方法對本發(fā)明作進ー步地詳細說明，本發(fā)明包含所有能夠?qū)崿F(xiàn)該方法的實驗裝置，不僅限于附圖所示結(jié)構，該裝置不構成對本發(fā)明的任何限制。圖I是實現(xiàn)本發(fā)明的主要裝置結(jié)構示意圖。圖2是實現(xiàn)本發(fā)明的夾具裝置示意圖。圖3是實現(xiàn)本發(fā)明的另ー種夾具裝配圖。圖4是實現(xiàn)本發(fā)明方法試樣裝配圖。圖5是材料A、B、C、D在不同溫度條件下的平均腐蝕速率。圖6是材料A、B、C、D在不同流速條件下的平均腐蝕速率。圖7是套管在攜水采氣、積水采氣エ藝狀態(tài)下的平均腐蝕速率。
具體實施例方式參閱圖I所示，本發(fā)明中ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗裝置，主軸電機I、釜蓋2、腐蝕介質(zhì)3、攪拌葉槳4、釜體上支管5、釜體下支管6、腐蝕介質(zhì)流動方向7、上絕緣夾具8、下絕緣夾具9、試樣10、超聲波流量計11、絕緣隔片12、夾持槽13 ;所述的主軸電機I通過帶動攪拌葉槳4旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)腐蝕介質(zhì)按照腐蝕介質(zhì)流動方向7所示方向流動,并通過轉(zhuǎn)速大小模擬實驗流速；所述的上絕緣夾具8與下絕緣夾具9組合后，可順利裝入釜體上支管5和釜體下支管6 ;所述的試樣10恰好裝入下絕緣夾具9的槽中，并與腐蝕介質(zhì)3充分接觸；所述的上絕緣夾具8與下絕緣夾具9通過夾持槽13固定；所述的上絕緣夾具8和下絕緣夾具9所形成的凹槽中可平行放置多個試樣10并且能夠放入循環(huán)動態(tài)高溫高壓釜中。從而保證同時進行多種材質(zhì)、多個試樣的實驗，并且能夠剛剛保證每個試樣都能夠受到均勻一致的加熱、沖刷以及氣相、液相腐蝕介質(zhì)的侵蝕。本發(fā)明中ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗方法如下
(I)現(xiàn)場エ況條件模擬化，具體方法如下
(A)根據(jù)現(xiàn)場エ況條件確定氣相、液相、固相組分，通過釜體容積計算得到氣相分壓、液相組分和固相組分的加入量；
(B)按照現(xiàn)場エ況條件，利用釜體設計參數(shù)計算模擬實驗流速所對應的主軸電機旋轉(zhuǎn)速度，通過超聲波流量計(11)流量結(jié)果與通道面積之比得到通道流速；
(C)根據(jù)現(xiàn)場エ況條件，將試樣分別放置在所對應的釜體上、下支管相應的位置，以便 實驗結(jié)束后對不同位置處的腐蝕速率進行對比。(2)安裝試樣，具體方法如下
(A)將試樣逐個裝配在下絕緣夾具上，并使用隔片將試樣逐個隔開。(B)將上絕緣夾具與下絕緣夾具對齊并從上方緩慢放下，夾持后保證試樣被完全固定，不會因氣相和液相腐蝕介質(zhì)的流動而產(chǎn)生移動。(C)開啟通風設備、氣體檢測報警器等防護設備，打開高溫高壓釜電源和監(jiān)控系統(tǒng)主機。除氧后關閉出氣ロ，用氮氣進行試壓；然后對釜體進行升溫至實驗指定溫度。待溫度達到實驗溫度后，依次按照計算所得實驗參數(shù)通入液相、氣相腐蝕介質(zhì)，并按實驗參數(shù)設定主軸電機轉(zhuǎn)速。(D)待實驗結(jié)束后，停止主軸電機旋轉(zhuǎn)，關閉高溫高壓釜電源，待溫度降至40 V以下后，泄壓、排氣，打開爸蓋，取出試樣。(3)清洗試樣并稱重，計算腐蝕速率，繪制腐蝕速率隨溫度變化的關系曲線，如圖5，可對不同材質(zhì)、不同溫度下的抗腐蝕性能進行對比；繪制腐蝕速率隨壓カ變化的關系曲線；繪制腐蝕速率隨流速變化的關系曲線，如圖6 ;對攜水采氣、積水采氣等特定開采狀態(tài)的套管平均腐蝕速率，如圖7。(4)測定試樣表面腐蝕產(chǎn)物膜組分，觀察腐蝕產(chǎn)物膜形貌特征，測定腐蝕產(chǎn)物膜的電化學特性。(5)對腐蝕實驗數(shù)據(jù)進行處理，并對試樣抗腐蝕性能進行綜合評價。
權利要求
1.ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗方法，其特征在于包括高溫高壓條件下，保持氣、液相腐蝕介質(zhì)的循環(huán)流動及其與試樣表面的充分接觸，通過模擬腐蝕介質(zhì)溫度、壓力、流速從而對金屬材料、設備和裝置進行抗腐蝕性能評價，測定試樣在高溫高壓氣相、液相、固相以及多相流狀態(tài)下，管具積水、沉積元素硫、懸浮液、懸浮顆粒以及由于腐蝕作用所形成的不溶性腐蝕產(chǎn)物、不參與腐蝕反應的惰性固相對試樣腐蝕速率的影響作用機理。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗方法，其特征在于實驗內(nèi)容包括(A)測定金屬材料在高溫高壓氣相流、液相流以及氣液兩相流腐蝕エ況下的耐蝕性能和腐蝕速率；(B)測定金屬材料在高溫高壓條件下，攜水、管道積水等狀態(tài)下的耐蝕性能和腐蝕速率；(C)測定金屬材料在氣相、液相、固相三相狀態(tài)以及懸浮液、懸浮顆粒作用下的腐蝕作用機理及其腐蝕速率；(D)測定由于腐蝕作用所形成的不溶性腐蝕產(chǎn)物、沉積元素硫、不參與腐蝕反應的惰性固相對材料耐蝕性能和腐蝕速率的影響作用機理；(E)對攜水采氣、積水采氣等特定開采狀態(tài)的套管剰余強度進行分析評價；根據(jù)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果計算得出材料在以上エ況下的耐蝕性能和腐蝕速率，并對腐蝕產(chǎn)物組分、形貌以及腐蝕產(chǎn)物膜特征進行分析，從而對金屬材料在多相流高溫高壓腐蝕條件下的耐蝕性能進行綜合評價。
3.—種高溫高壓多相流腐蝕實驗裝置，其特征在于包括上絕緣夾具(8)、下絕緣夾具(9)、試樣(10)、絕緣隔片(12)、夾持槽(13);所述的上絕緣夾具(8)與下絕緣夾具(9)組合后，可順利裝入高溫高壓釜的釜體上支管(5)和釜體下支管￠);所述的試樣(10)恰好裝入下絕緣夾具(9)的槽中，并與腐蝕介質(zhì)(3)充分接觸；所述的上絕緣夾具(8)與下絕緣夾具(9)通過夾持槽(13)固定；所述的上絕緣夾具(8)和下絕緣夾具(9)所形成的凹槽中可平行放置多個試樣(10)并且能夠放入循環(huán)動態(tài)高溫高壓釜中。
4.根據(jù)權利要求3所述的ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗裝置，其特征在于上絕緣夾具(8)、下絕緣夾具(9)、絕緣隔片(12)和夾持槽(13)是由耐腐蝕性能良好的絕緣材料加工成型。
5.根據(jù)權利要求3所述的ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗裝置，其特征在干，所述的試樣(10)由上絕緣夾具⑶和下絕緣夾具(9)夾持固定，并由絕緣隔片(12)逐個隔開。
6.根據(jù)權利要求3所述的ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述的上絕緣夾具(8)和下絕緣夾具(9)通過夾持槽(13)固定。
7.根據(jù)權利要求3所述的ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述的腐蝕介質(zhì)⑶流速由主軸電機⑴的旋轉(zhuǎn)速度和攪拌葉槳⑷的尺寸參數(shù)所控制，由超聲波流量計(11)與通道面積之比得到腐蝕介質(zhì)流速，并由電腦控制系統(tǒng)監(jiān)測，可根據(jù)實驗設計參數(shù)設置。
8.根據(jù)權利要求3所述的ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗裝置，其特征在干，所述的絕緣夾具夾持試樣(10)后，腐蝕介質(zhì)(3)流動空間足夠大，并且與試樣(10)充分接觸。
9.根據(jù)權利要求3所述的ー種高溫高壓多相流腐蝕實驗裝置，其特征在干，所述的試樣(10)為標準掛片試樣和梯型試樣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫高壓多相流腐蝕實驗方法及裝置，其要點在于高溫高壓條件下，保持氣、液相腐蝕介質(zhì)的循環(huán)流動及其與試樣表面的充分接觸，可模擬研究流速、管具積水、沉積元素硫等因素的腐蝕作用機理，同時包括氣相、液相、固相以及多相流、懸浮液、懸浮顆粒對腐蝕作用的影響規(guī)律研究。利用該實驗方法和裝置可實現(xiàn)對多種腐蝕工況進行模擬測定金屬材料在高溫高壓氣相、液相以及多相流狀態(tài)下，各種腐蝕工況和腐蝕環(huán)境下的耐腐蝕性能；測定攜水開采、積水開采等開采狀態(tài)下的油套管耐腐蝕性能及其腐蝕速率大小。對金屬材料在多相流高溫高壓腐蝕條件下抗腐蝕性能進行綜合評價，根據(jù)測試結(jié)果實現(xiàn)特定腐蝕環(huán)境下金屬材料的優(yōu)選。
文檔編號G01N17/00GK102654446SQ20121015428
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權日2012年5月18日
發(fā)明者任建, 侯鐸, 劉飛, 張智, 施太和, 曾德智, 朱紅鈞, 田剛 申請人:西南石油大學