一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置，包括气源部、气体混合部和模拟腐蚀环境的反应釜；所述气源部包括氮气气源、氧气气源、二氧化碳气源；所述气体混合部包括混合增压容器；所述模拟腐蚀环境的反应釜包括釜体、在釜体内轴向设置的实验旋转部件、驱动所述实验旋转部件的电机，所述实验旋转部件包括转子和挂片架。本发明专利技术能够模拟注烟气辅助稠油开采中井下管柱腐蚀的真实条件，满足在不同条件下烟气腐蚀性的测试。

【技术实现步骤摘要】
一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置及其应用
本专利技术涉及一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置及其应用，属于油气田开发的
技术背景注烟气辅助稠油开采是提高原油产量和最终采收率的有效措施。稠油在世界油气资源中占有较大的比例，目前开采稠油主要方法为蒸汽驱和蒸汽吞吐，SAGD等，现有的蒸汽驱油过程中注汽锅炉的烟气直接排放到大气中，但实际上烟气可以用于驱油。在注烟气辅助稠油开采时，由于烟气中含有CO2、O2、SO2等腐蚀性气体，注入井和生产井都会发生不同程度的腐蚀，甚至井下套管会被腐蚀穿孔，造成巨大的经济损失，因此，根据烟道气辅助稠油开采工艺技术，分析评价烟气腐蚀的影响因素及对井下管柱的腐蚀速率，对于提高烟气辅助稠油开发效果，预测井下管柱腐蚀具有重要意义。实验室通常采用(i)式(JB/T7901.金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法)计算烟气腐蚀速率：R=8.76×107×(M-M1)STD---(i)]]>在(i)式中：R-腐蚀速率，mm/a；M-试验前的试样质量，单位：g；M1-试验后的试样质量，单位：g；S-试样的总面积，单位：cm2；T-试验时间，单位：h；D-材料的密度，单位：kg/m3。目前采用失重法研究腐蚀的装置都较为简单，不能用于模拟注烟气辅助稠油开采中烟气的腐蚀性，注烟气辅助稠油开采中时入口烟气成分复杂，含有80％-85％的N2，10％-15％的CO2，4％-6％的O2，还有SO2、SO3、HCl等，考虑到气体的溶解作用，实验室条件下，仅根据道尔顿分压定律，不能准确的模拟井下多元体系的成分组成。因此，现在亟待开发一种能够用于模拟注烟气辅助稠油开采中烟气腐蚀性的装置和方法，使其能够模拟井下管柱的真实腐蚀条件，满足不同条件下烟气对井下管柱腐蚀速率的测试，以指导注烟气辅助稠油开采工艺技术的优化设计。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置。本专利技术还提供利用上述装置测量烟气对井下管柱腐蚀速率的方法。本专利技术的技术方案如下：一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置，包括气源部、气体混合部和模拟腐蚀环境的反应釜；所述气源部包括氮气气源、氧气气源、二氧化碳气源；所述气体混合部包括混合增压容器；所述模拟腐蚀环境的反应釜包括釜体、在釜体内轴向设置的实验旋转部件、驱动所述实验旋转部件的电机，所述实验旋转部件包括转子和挂片架，所述电机包括转速控制器和磁力传动装置；在所述釜体的顶部设置有橡胶密封片和球阀；所述的球阀垂直安装在釜体的顶部，在所述球阀上封装有橡胶密封片；此处的设计优势在于，对所述釜体抽真空后，打开球阀，防止空气泄露，再利用微量加样器针头穿过橡胶密封片进入釜体，向釜体内加入模拟烟气成分，其中包含的水分、SO2等微量成分；所述氮气气源通过第一进气阀与混合增压容器相连；所述氧气气源通过第二进气阀与混合增压容器相连；所述二氧化碳气源通过第三进气阀与混合增压容器相连；所述混合增压容器的出气口与所述模拟腐蚀环境的反应釜进气口相连；在所述混合增压容器和模拟腐蚀环境的反应釜之间的管路上设置有真空泵和压力表；所述的真空泵与管路相连，同时整个管路带有真空表，用于实验前抽出釜体、混合增压容器和管路内的空气，消除空气对模拟烟气成分的影响；在所述压力表和模拟腐蚀环境的反应釜之间设置有放空阀、安全阀和真空表；在所述釜体外部设置有电加热套；在转子的外部设置有冷却水套；所述电机的磁力传动装置将真正用于搅拌的部件密封在压力环境内，以此彻底解决了搅拌轴与反应器之间动密封的可靠性。磁力传动装置的基本制造材料均为铁磁性物质(铁基合金，镍基合金),但在高温时会出现失磁现象，所以在转子磁性物质对应的外侧设有冷却水套；在所述釜体的侧壁上、釜体内分别设置有温度传感器；所述釜体侧壁上设置的温度传感器、釜体内设置的温度传感器分别与温度测量控制仪相连。根据本专利技术优选的，所述混合增压容器的增压泄压口设置有增压泵、储水罐，在所述混合增压容器和增压泵之间设置有下排水阀和电接点压力表。所述的电接点压力表与混合增压容器的水侧相连，保证了增压泵、混合增压容器组成的增压系统增压时的安全可靠性，当混合增压容器内的烟气被完全压缩至模拟腐蚀环境的反应釜后，电接点压力表会使增压泵断电停止工作，防止了混合增压容器的水侧超压。根据本专利技术优选的，所述氮气气源与混合增压容器之间的管路上顺次设置有第一减压阀、第一气体质量流量计和第一单向止回阀；所述氧气气源与混合增压容器之间的管路上顺次设置有第二减压阀、第二气体质量流量计和第二单向止回阀；所述二氧化碳气源与混合增压容器之间的管路上顺次设置有第三减压阀、第三气体质量流量计和第三单向止回阀。一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置的工作方法，包括步骤如下：(1)参照标准JB/T7901.金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法，将待测实验的井下管柱加工成符合上述标准的待测试样，并对待测试样打孔，测量所述待测试样的试验前质量M；将待测试样固定在挂片架上；(2)将挂片架安装在所述转子上，然后对模拟腐蚀环境的反应釜密封；(3)将在混合增压容器和模拟腐蚀环境的反应釜之间管路上的阀门、所述真空表和模拟腐蚀环境的反应釜之间管路上的阀门和真空泵端的阀门分别打开；打开真空泵对所述混合增压容器和釜体抽真空，关闭真空泵以及在混合增压容器和模拟腐蚀环境的反应釜之间管路上的阀门、所述真空表和模拟腐蚀环境的反应釜之间管路上的阀门和真空泵端的阀门；(4)打开球阀，依次通过微量加样器长针头穿过密封橡胶片，加入模拟烟气成分的水和SO2气体，完成后关闭球阀；(5)预设氮气、氧气和二氧化碳的分别加入量及混合总压力，将氮气、氧气和二氧化碳分别进入混合增压容器，上述三路气体同时进气，当氮气、氧气和二氧化碳的加入量达到预设数值时，关闭第一进气阀、第二进气阀和第三进气阀；然后利用增压泵调整混合增压容器内的压力，以使其压力达到预设的混合总压力；本专利技术利用增压泵向混合增压容器内活塞下侧注水，压缩活塞上部的气体，利用本专利技术所优选的增压方案可以解决气源压力不足时，井下高压烟气环境的模拟；(6)关闭下排水阀，打开在混合增压容器和模拟腐蚀环境的反应釜之间管路上的阀门，启动增压泵，将混合增压容器内的混合气驱替进入釜体内，完成配气；增压泵停止后，关闭在混合增压容器和模拟腐蚀环境的反应釜之间管路上的阀门，打开混合增压容器下排水阀；(7)配气完成后，启动釜体外部的电加热套，对釜体进行加热，通过温度测量控制仪设置釜体内温度为实验温度；(8)通过转速控制器设置电机转速，通过转速转换成待测试样所在半径对应的线速度，即模拟井下管柱内介质的流动速度；同时打开转子外的冷却水套；(9)当所述釜体内的温度升高到实验温度且稳定后，压力表读数为12MPa时，进行周期腐蚀试验；(10)腐蚀试验结束后，打开放空阀，将釜体放空，待釜体内温度降低到100℃以下时，取出待测试样，参照标准GB/T16545-1996.腐蚀产物的清除，去除待测试样表面的腐蚀产物，测量待测试样的质量M1，根据(i)式计算腐蚀速率：R=8.76×107×(M-M1)STD---(i)]]>在(i)式中：R-腐蚀速率，mm/a；M-腐蚀试验前的待测试样质量，单位：g；M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置，其特征在于，该装置包括气源部、气体混合部和模拟腐蚀环境的反应釜；所述气源部包括氮气气源、氧气气源、二氧化碳气源；所述气体混合部包括混合增压容器；所述模拟腐蚀环境的反应釜包括釜体、在釜体内轴向设置的实验旋转部件、驱动所述实验旋转部件的电机，所述实验旋转部件包括转子和挂片架，所述电机包括转速控制器和磁力传动装置；在所述釜体的顶部设置有橡胶密封片和球阀；所述的球阀垂直安装在釜体的顶部，在所述球阀上封装有橡胶密封片；所述氮气气源通过第一进气阀与混合增压容器相连；所述氧气气源通过第二进气阀与混合增压容器相连；所述二氧化碳气源通过第三进气阀与混合增压容器相连；所述混合增压容器的出气口与所述模拟腐蚀环境的反应釜进气口相连；在所述混合增压容器和模拟腐蚀环境的反应釜之间的管路上设置有真空泵和压力表；在所述压力表和模拟腐蚀环境的反应釜之间设置有放空阀、安全阀和真空表；在所述釜体外部设置有电加热套；在转子的外部设置有冷却水套；在所述釜体的侧壁上、釜体内分别设置有温度传感器；所述釜体侧壁上设置的温度传感器、釜体内设置的温度传感器分别与温度测量控制仪相连。

【技术特征摘要】
1.一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置，其特征在于，该装置包括气源部、气体混合部和模拟腐蚀环境的反应釜；所述气源部包括氮气气源、氧气气源、二氧化碳气源；所述气体混合部包括混合增压容器；所述模拟腐蚀环境的反应釜包括釜体、在釜体内轴向设置的实验旋转部件、驱动所述实验旋转部件的电机，所述实验旋转部件包括转子和挂片架，所述电机包括转速控制器和磁力传动装置；在所述釜体的顶部设置有橡胶密封片和球阀；所述的球阀垂直安装在釜体的顶部，在所述球阀上封装有橡胶密封片；所述氮气气源通过第一进气阀与混合增压容器相连；所述氧气气源通过第二进气阀与混合增压容器相连；所述二氧化碳气源通过第三进气阀与混合增压容器相连；所述混合增压容器的出气口与所述模拟腐蚀环境的反应釜进气口相连；在所述混合增压容器和模拟腐蚀环境的反应釜之间的管路上设置有真空泵和压力表；在所述压力表和模拟腐蚀环境的反应釜之间设置有放空阀、安全阀和真空表；在所述釜体外部设置有电加热套；在转子的外部设置有冷却水套；在所述釜体的侧壁上、釜体内分别设置有温度传感器；所述釜体侧壁上设置的温度传感器、釜体内设置的温度传感器分别与温度测量控制仪相连。2.根据权利要求1所述的一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置，其特征在于，所述混合增压容器的增压泄压口设置有增压泵、储水罐，在所述混合增压容器和增压泵之间设置有下排水阀和电接点压力表。3.根据权利要求1所述的一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置，其特征在于，所述氮气气源与混合增压容器之间的管路上顺次设置有第一减压阀、第一气体质量流量计和第一单向止回阀；所述氧气气源与混合增压容器之间的管路上顺次设置有第二减压阀、第二气体质量流量计和第二单向止回阀；所述二氧化碳气源与混合增压容器之间的管路上顺次设置有第三减压阀、第三气体质量流量计和第三单向止回阀。4.如权利要求1-3任意一条所述的测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置的工作方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：(1)参照标准JB/T7901.金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法，将待测实验的井下管柱加工成符合上述标准的待测试样，并对待测试样打孔，测量所述待测试样的试验前质量M；将待测试样固定在挂片架上；(2)将挂片架安装在所述转子上，然后对模拟腐蚀环境的反应釜密封；(3)将在混合增压容器和模拟腐蚀环境的反应釜之间管路上的阀门、所述真空表和模拟腐蚀环境的反应釜之间管路上的阀门和真空泵端的阀门分别打开；打开真空泵对所述混合增压容器和釜体抽真空，关闭真空泵以及在混合增压容器和模拟腐蚀环境的反应釜之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨肖曦，秦国顺，李松岩，麻涛，李威，郭龙江，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37