一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油勘探器材研究，具體為一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，油氣田由于硫化氫等腐蝕性介質(zhì)的存在導(dǎo)致鉆桿、油套管等材料應(yīng)力腐蝕開裂頻發(fā)。應(yīng)力腐蝕開裂是材料在低于其屈服強(qiáng)度時(shí)過早的失效，具有突發(fā)性和不可預(yù)見性，存在著很大的安全隱患?，F(xiàn)有的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置多為單純的受拉或受彎曲應(yīng)力的恒載荷試驗(yàn)裝置，而油田現(xiàn)場鉆桿、油套管材料在承受拉應(yīng)力的同時(shí)，還承受著一定的扭矩、彎矩、振動(dòng)，以及流體沖擊，單一受力工況下的模擬試驗(yàn)不能很好的與實(shí)際工況相匹配，這也是為何經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢測合格的材料在現(xiàn)場仍然出現(xiàn)開裂的原因。因此，迫切需要開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合加載功能的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，使得真實(shí)工況下的應(yīng)力腐蝕研究得以開展。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，能夠同時(shí)施加拉伸、扭轉(zhuǎn)、液體流動(dòng)沖擊三種力的復(fù)合加載應(yīng)力，更加接近實(shí)際工況，適用于各工程領(lǐng)域金屬材料在承受拉伸、扭轉(zhuǎn)、流體流動(dòng)復(fù)合作用下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)研究。
[0004]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]—種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，包括拉力環(huán)，密閉設(shè)置的環(huán)境容器，從上方伸入環(huán)境容器設(shè)置的進(jìn)氣管、出氣管、熱電偶和壓力傳感器，分別設(shè)置在環(huán)境容器上下端的上下夾具，螺紋連接在下夾具自由端的加載螺栓，連接在上夾具自由端上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，以及設(shè)置在環(huán)境容器下部的電磁攪拌器和設(shè)置在環(huán)境容器中的磁子;拉力環(huán)沿徑向一端與上夾具固定連接，另一端連接在加載螺栓遠(yuǎn)離下夾具的一端;拉力環(huán)通過加載螺栓旋轉(zhuǎn)經(jīng)上下夾具對(duì)試件施加拉應(yīng)力。
[0006]優(yōu)選的，加載螺栓一端與下夾具自由端螺紋連接，另一端通過螺紋連接有支柱，拉力環(huán)與支柱固定連接。
[0007]進(jìn)一步，還包括固定設(shè)置的支座，支柱的自由端固定在支座上，旋轉(zhuǎn)電機(jī)與支座固定連接。
[0008]優(yōu)選的，環(huán)境容器外部套設(shè)有加熱套。
[0009]優(yōu)選的，拉力環(huán)采用彈性金屬或彈性體制成。
[0010]優(yōu)選的，上下夾具分別通過密封圈與環(huán)境容器密封連接。
[0011]優(yōu)選的，還包括設(shè)置控制面板的控制電路，控制電路的輸出端連接熱電偶的控制端和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制端，輸入端連接壓力傳感器的輸出端。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果:
[0013]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，通過拉力環(huán)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了精確的加載力控制;通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了樣品的扭應(yīng)力加載;通過電磁攪拌器的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)介質(zhì)的流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了樣品的相對(duì)運(yùn)動(dòng);通過壓力傳感器的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了高壓條件下的試驗(yàn);通過熱電偶和加熱套的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了高溫條件下的試驗(yàn)。用以進(jìn)行鉆桿、油套管材料等在油氣井下高溫高壓多相流腐蝕性介質(zhì)及承受拉伸、扭轉(zhuǎn)、液體流動(dòng)沖擊的復(fù)雜受力工況下的耐腐蝕性能研究，也可用于其它金屬材料在高溫高壓多相流腐蝕介質(zhì)及承受復(fù)合載荷工況下的耐蝕性及腐蝕規(guī)律研究。綜合實(shí)現(xiàn)了油氣田苛刻腐蝕工況高溫高壓、拉應(yīng)力、扭應(yīng)力和流體流動(dòng)沖刷腐蝕作用的集成作用，也可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)高溫或高壓、拉伸應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、沖刷作用下的腐蝕模擬工況試驗(yàn)研究。
[0014]進(jìn)一步的，樣品加載時(shí)，先固定下部螺栓起固定作用，通過上部螺栓加載使得拉力環(huán)產(chǎn)生壓縮變形，給樣品施加一個(gè)反作用的拉應(yīng)力，通過拉力環(huán)的變形量計(jì)算樣品上承受的載荷，從而得到精確的加載應(yīng)力。
[0015]進(jìn)一步的，通過加熱套給環(huán)境容器加熱，實(shí)現(xiàn)高溫試驗(yàn)，并起到保溫的作用。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型實(shí)例中所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1-拉力環(huán)，2-電磁攪拌器，3-環(huán)境容器，4-進(jìn)氣管，5-熱電偶，6-旋轉(zhuǎn)電機(jī)，7-出氣管，8-壓力傳感器，9-試樣，10-加熱套，11-磁子，12-密封圈，13-加載螺栓，14-支座。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本實(shí)用新型的解釋而不是限定。
[0019]本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)承受拉伸、扭轉(zhuǎn)和流體流動(dòng)沖擊三種力的復(fù)合加載工況下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，原理簡單、操作方便，更加接近油田現(xiàn)場實(shí)際工況，有利于促進(jìn)對(duì)油氣田鉆桿、油套管材料在真實(shí)受力情況下的應(yīng)力腐蝕的研究。
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型所述的試驗(yàn)裝置包括，環(huán)境容器3、拉力環(huán)1、電磁攪拌器2、旋轉(zhuǎn)電機(jī)6、加熱套10、進(jìn)氣管4、出氣管7、熱電偶5、壓力傳感器8，以及支座14。環(huán)境容器3用來盛放腐蝕介質(zhì)，環(huán)境容器3上設(shè)計(jì)有四個(gè)接口，一個(gè)安裝進(jìn)氣管4，一個(gè)安裝出氣管7，一個(gè)安裝熱電偶5，一個(gè)安裝壓力傳感器8;進(jìn)出氣管4、7用來導(dǎo)入惰性氣體排除環(huán)境容器及腐蝕介質(zhì)中的氧氣，以及導(dǎo)入試驗(yàn)所需氣體;熱電偶5用來探測和控制實(shí)驗(yàn)溫度，壓力傳感器8用來探測和控制實(shí)驗(yàn)壓力;拉力環(huán)I用來提供恒載荷的拉應(yīng)力；環(huán)境容器3下部配有電磁攪拌器2，通過電磁振動(dòng)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)介質(zhì)的流動(dòng)，對(duì)試樣形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)及一定的剪切應(yīng)力；試樣上端接旋轉(zhuǎn)電機(jī)6，通過微旋轉(zhuǎn)給樣品施加所需的扭力。溫度、壓力、拉力、扭力的數(shù)據(jù)通過控制面板來讀取和操作，振動(dòng)的頻率通過電磁攪拌器2單獨(dú)控制。
[0021]本優(yōu)選實(shí)例以Pl1S油管在飽和H2S腐蝕介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)為例說明本實(shí)用新型的使用。
[0022]I)試驗(yàn)樣品的準(zhǔn)備。將樣品制備成啞鈴狀拉伸試樣，試樣用砂紙打磨、拋光，避免機(jī)加工刀痕造成應(yīng)力集中對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生影響。
[0023]2)將試樣裝夾在環(huán)境容器上，采用密封圈密封，通過拉力環(huán)施加80%最小名義屈服強(qiáng)度的拉應(yīng)力。應(yīng)力的控制由千分表測量拉力環(huán)的變形來實(shí)現(xiàn)。
[0024]3)導(dǎo)入所需的試驗(yàn)溶液，通過進(jìn)氣口導(dǎo)入N2除氧I小時(shí)，隨后關(guān)閉出氣口，導(dǎo)入硫化氫氣體到所需的分壓。
[0025]4)開啟電加熱至所需溫度。
[0026]5)開啟旋轉(zhuǎn)電機(jī)，給試樣施加所需的微扭力。
[0027]6)開啟電磁攪拌器，通過磁子11的轉(zhuǎn)動(dòng)使介質(zhì)產(chǎn)生流動(dòng)。
[0028]7)記錄試驗(yàn)時(shí)間，持續(xù)720小時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。
[0029]8)觀察試驗(yàn)后樣品工作段的變化，是否斷裂或產(chǎn)生裂紋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括拉力環(huán)(I)，密閉設(shè)置的環(huán)境容器(3)，從上方伸入環(huán)境容器(3)設(shè)置的進(jìn)氣管(4)、出氣管(7)、熱電偶(5)和壓力傳感器(8)，分別設(shè)置在環(huán)境容器(3)上下端的上下夾具，螺紋連接在下夾具自由端的加載螺栓(13)，連接在上夾具自由端上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)(6)，以及設(shè)置在環(huán)境容器(3)下部的電磁攪拌器(2)和設(shè)置在環(huán)境容器(3)中的磁子(11);拉力環(huán)(I)沿徑向一端與上夾具固定連接，另一端連接在加載螺栓(13)遠(yuǎn)離下夾具的一端;拉力環(huán)(I)通過加載螺栓(13)旋轉(zhuǎn)經(jīng)上下夾具對(duì)試件(9)施加拉應(yīng)力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，加載螺栓(13)一端與下夾具自由端螺紋連接，另一端通過螺紋連接有支柱，拉力環(huán)(I)與支柱固定連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，還包括固定設(shè)置的支座(14)，支柱的自由端固定在支座(14)上，旋轉(zhuǎn)電機(jī)(6)與支座(14)固定連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，環(huán)境容器(3)外部套設(shè)有加熱套(10)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，拉力環(huán)采用彈性金屬或彈性體制成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，上下夾具分別通過密封圈(12)與環(huán)境容器(3)密封連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，還包括設(shè)置控制面板的控制電路，控制電路的輸出端連接熱電偶(5)的控制端和旋轉(zhuǎn)電機(jī)(6)的控制端，輸入端連接壓力傳感器(8)的輸出端。
【專利摘要】本實(shí)用新型一種復(fù)合加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，包括拉力環(huán)，密閉設(shè)置的環(huán)境容器，從上方伸入環(huán)境容器設(shè)置的進(jìn)氣管、出氣管、熱電偶和壓力傳感器，分別設(shè)置在環(huán)境容器上下端的上下夾具，螺紋連接在下夾具自由端的加載螺栓，連接在上夾具自由端上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，以及設(shè)置在環(huán)境容器下部的電磁攪拌器和設(shè)置在環(huán)境容器中的磁子；拉力環(huán)沿徑向一端與上夾具固定連接，另一端連接在加載螺栓遠(yuǎn)離下夾具的一端；拉力環(huán)通過加載螺栓旋轉(zhuǎn)經(jīng)上下夾具對(duì)試件施加拉應(yīng)力。通過拉力環(huán)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了精確的加載力控制；通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了樣品的扭應(yīng)力加載；通過電磁攪拌器的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)介質(zhì)的流動(dòng)；通過壓力傳感器的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了高壓條件下的試驗(yàn)。
【IPC分類】G01N17/00, G01N3/22, G01N3/08
【公開號(hào)】CN205229018
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520987265
【發(fā)明人】韓燕 , 尹成先, 馬慶偉, 呂乃欣
【申請(qǐng)人】中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月2日