一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统，其包括高温高压供气模块

【技术实现步骤摘要】
一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统


[0001]本专利技术属于石油与化工装备领域，具体涉及一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统
。

技术介绍

[0002]冲蚀和腐蚀是一种常见的物理和化学现象，在许多领域，如石油
、
能源
、
化工等，材料的冲蚀和腐蚀行为都是十分常见的，冲蚀会导致液体或气体中离子流动从而引起材料表面的磨损和剥蚀现象，腐蚀则会因为材料与化学物质接触产生化学反应，导致材料表面发生损坏，在石油化工领域中，冲蚀腐蚀现象会对各类设备造成极大的损伤，从而导致能源浪费与经济成本增加，因此使用冲蚀腐蚀实验系统对材料进行耐冲蚀和腐蚀性能评估，对于评估材料的耐蚀性
、
优化装备结构设计
、
研发抗蚀涂层材料与腐蚀机理及其防护方法是极为重要的
。
而现有关冲蚀
、
腐蚀测试的实验系统如专利
CN202210214056.1
：一种多参数可调的射流
、
管流相结合的气液固冲蚀磨损实验装置及其使用方法
、CN109100127A
：一种角式液控阀气液固多相流高温冲蚀磨损试验装置及其试验方法
、CN205138983U:
一种油井管屈曲管柱的高温腐蚀和冲蚀试验装置实验系统
、CN107290229B
：高温高压冲蚀腐蚀疲劳测试装置
、CN115561108B
：一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统及实验方法，这一系列实验系统其所能实现的实验测试功能单一，均只能实现单一气液固冲蚀
、
高温气液固冲蚀
、
高温冲蚀腐蚀或高温高压冲蚀腐蚀
(
以上举例仅仅是为清楚地说明所作的例子，并不局限于以上例子
)
，无法实现高温高压工况下气液固多相介质冲蚀腐蚀耦合实验，同时现有的实验系统往往还存在诸多缺陷，具体如下：
(1)
采用实验箱内单极加热的加热方式，或对某一节管道进行介质加热处理，同时采用压缩机或增压泵进行高压模拟，但真实环境下，油气从地层采集出来时便处于高温高压状态，且持续处于高温高压状态，而不是某一段或某一时刻处于高温高压状态，因而现有的冲蚀腐蚀实验系统无法精准模拟真实环境下的工况，且对于实验系统所需温度压力无法实时精准调节；
(2)
同时现有的冲蚀腐蚀实验系统无法精准模拟与调整井下采油时所采集出的气固液三相介质状态，即气液固三相是否充分混合以及其各部分在混合液中所占比例，导致实验系统具有极大的局限性，无法适用于各类环境状况，适用度以及可推广性低；
(3)
此外现有高温高压冲蚀腐蚀实验系统采集实验数据多是基于特定位置处传感器或试件的质量
、
厚度损失，实验测得的离散点数据难以完整反映整体的冲蚀腐蚀形貌特征
。
[0003]同时除了解决现有实验系统存在的问题，针对实现高温高压工况
、
气液固多相介质冲蚀腐蚀多功能耦合实验测试还需实现与满足以下功能与需求：
[0004]1.
需针对油气采集自油层采出便处于高温高压环境这一实际工况，设置多级加热装置
、
循环加热装置以及增压稳压装置，多传感器与监测设备配合，实现双向通讯，将采集数据反馈给
PID
控制器与增压稳压装置实现温度与压力的控制，充分实现自油层采出油气处于高温高压这一工况，同时实现对于温度及压力的精准控制模拟
。
[0005]2.
需针对油气采集过程中因采油地区及环境不同，所采集混合液中气液固各成分
占比不同，在冲蚀腐蚀实验中，实现气固液三相介质充分模拟，针对不同地区环境，进行不同气液固三相占比含量冲蚀腐蚀实验，通过气液固三相占比的调整与充分混合，可实现不同地区采油作业环境的介质模拟，提高实验系统的适用度以及可推广性
。
[0006]3.
需实现多工况
、
多介质
、
多实验方式耦合实验测试功能，如高温气液固冲蚀实验
、
高温气体腐蚀实验
、
高压气液固冲蚀实验
、
高压气体腐蚀实验
、
高温高压气液固冲蚀实验
、
高温高压气液固腐蚀实验与高温高压气液固冲蚀腐蚀实验一系列实验测试
(
上述举例仅仅是为清楚地说明所作的例子，而并非对本专利技术功能的限定
)
，实现多功能实验测试功能
。
[0007]4.
需针对不同长度
、
直径及多种类井下工具进行冲蚀腐蚀实验，不局限于直管，根据不同需求对不同试件如弯管
、
阀等实施高温高压冲蚀腐蚀实验，分别得到其不同的冲蚀腐蚀实验数据
。
[0008]5.
需实现实验系统智能化，多传感器
、
监测设备并行监测，通过数据采集器传输到计算机实现人机交互，计算机根据监测结果判断是否达到实验预设条件，未达到条件则通过操作台控制各调节设施进行实验条件调整，使高温高压冲蚀腐蚀实验操作更为简单快捷，同时获得更为精准的实验数据，为后续研究提供更为扎实的数据支撑
。
[0009]因此，针对现有实验系统在模拟油气采集过程中真实作业工况不充分
、
真实作业介质模拟不精准
、
实现功能单一以及实验数据不完整与精度低等问题，专利技术了一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统
。

技术实现思路

[0010](
一
)
解决的技术问题
[0011]为了解决上述问题，本专利技术采用了多级电加热套
、
管壳式换热器和增压稳压装置等技术手段，结合多传感器和监测设备，实现了双向通信
。
采集到的数据通过
PID
控制器和增压稳压装置进行反馈控制，从而实现对温度和压力的精确模拟，以更好地模拟油气自油层采出时所处的高温高压工况，解决了现有高温高压冲蚀腐蚀系统针对高温高压工况模拟的不完善性与不精准性
。
[0012]本专利技术在实验过程中，采用气体流量计与液体流量计进行流量监测，并通过数据采集器与人机界面进行反馈控制，气体流量计Ⅰ的控制可以实现对气体量的精确控制，而液体流量计则可以控制液体的流量大小，此外，可通过使用雾化喷头控制液滴颗粒大小和含量，高速粒子成像仪Ⅰ和声波传感器用于检测砂粒粗细和含砂量，并通过数据采集器将数据传输到人机界面，根据需要模拟的砂粒粗细和含砂量，通过调节螺旋搅拌器的搅拌频率和气动控制调砂阀的流出量，实现对砂粒粗细和流量的控制
。
实验气体
、
液体和固体三相介质进入旋转混合箱，在旋转混合箱内通过旋转螺杆充分混合后流出，高速粒子成像仪Ⅱ用于检测混合状态和气固液各成分比例
。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统，其特征在于：包括高温高压供气模块
(0
‑
1)、
高温供液模块
(0
‑
2)、
可调式供砂模块
(0
‑
3)、
高温高压介质混合模块
(0
‑
4)、
检测监测模块
(0
‑
5)、
腐蚀供气模块
(0
‑
6)、
冲蚀腐蚀试验模块
(0
‑
7)、
回收模块
(0
‑
8)
和控制模块
(0
‑
9)
；所述的高温高压供气模块
(0
‑
1)
包括空气压缩机
(1)、
增压泵
(2)、
温度检测器Ⅰ(3)、
高压储气罐
(4)、
单向阀Ⅰ(5)、
气体加热器
(6)、
电磁阀Ⅰ(7)、PID
控制器Ⅰ(8)、
电加热套Ⅰ(9)、
气体流量计Ⅰ(10)、
气体稳压器
(11)
和单向阀Ⅱ(12)
；所述高温供液模块
(0
‑
2)
包括储液罐
(13)、
水泵
(14)、
液体流量计
(15)、
电磁阀Ⅱ(16)、
管壳式换热器
(17)、
雾化喷头
(18)、
雾化腔
(19)、
温度检测器Ⅱ(20)、
压力检测器
(21)
和涡轮电子流量计
(22)
；所述可调式供砂模块
(0
‑
3)
包括进砂口
(23)、
螺旋搅拌器
(24)、
气动控制调砂阀
(25)、
声波传感器
(26)
和高速粒子成像仪Ⅰ(27)
；所述高温高压介质混合模块
(0
‑
4)
包括电加热套Ⅱ(28)、
旋转混合箱
(29)、PID
控制器Ⅱ(30)、
高速粒子成像仪Ⅱ(31)、
温度传感器Ⅰ(32)、
压力传感器Ⅰ(33)
和电磁阀Ⅲ(34)
；所述检测检测模块
(0
‑
5)
包括人机交互界面
(35)
和数据采集器
(36)
；所述腐蚀供气模块
(0
‑
6)
包括腐蚀气体储气瓶
(37)、
减压阀
(38)、
腐蚀气体混合器
(39)、
单向阀Ⅲ(40)、
气体流量计Ⅱ(41)
和电磁阀Ⅳ(42)
；所述冲蚀腐蚀试验模块
(0
‑
7)
包括温度传感器Ⅱ(43)、
管道连接接头
(44)、
弹簧式伸缩夹具箱
(45)、
试件
(46)、
压力传感器Ⅱ(47)、PID
控制器Ⅲ(48)、
电加热套Ⅲ(49)、
电磁阀
Ⅴ
(50)、
冷却管
(51)、
电磁超声换能器
(52)
和实验箱
(53)
；所述回收模块
(0
‑
8)
包括气固液三相分离器
(54)、
干燥器Ⅰ(55)、
砂粒回收箱
(56)、
电磁阀
Ⅵ
(57)、
液体回收箱
(58)、
电磁阀
Ⅶ
(59)、
干燥器Ⅱ(60)、
离心机
(61)
和单向阀Ⅳ(62)
；所述控制模块
(0
‑
9)
包括操作台
(63)
和控制按钮
(64)。2.
根据权利要求1所述的一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统，其特征在于：所述的高温高压供气模块
(0
‑
1)、
高温供液模块
(0
‑
2)、
可调式供砂模块
(0
‑
3)、
高温高压介质混合模块
(0
‑
4)、
腐蚀供气模块
(0
‑
6)、
冲蚀腐蚀试验模块
(0
‑
7)
和回收模块
(0
‑
8)
之间均通过保温管道连接，所述的检测监测模块
(0
‑
5)
中的数据采集器
(36)
与温度检测器Ⅰ(3)、
气体流量计Ⅰ(10)、
液体流量计
(15)、
温度检测器Ⅱ(20)、
压力检测器
(21)、
涡轮电子流量计
(22)、
声波传感器
(26)、
高速粒子成像仪Ⅰ(27)、
高速粒子成像仪Ⅱ(31)、
温度传感器Ⅰ(32)、
压力传感器Ⅰ(33)、
气体流量计Ⅱ(41)、
压力传感器Ⅱ(43)、
温度传感器Ⅱ(47)
和电磁超声换能器
(52)
之间采用单向控制线路通讯，实现实时数据采集，所述的控制模块
(0
‑
9)
中的操作台
(63)
上有控制按钮
(64)
，操作台
(63)
同时与
PID
控制器Ⅰ(8)、
电磁阀Ⅰ(7)、
电磁阀Ⅱ(16)、
雾化喷头
(18)、PID
控制器Ⅱ(30)、
电磁阀Ⅲ(34)、
电磁阀Ⅳ(42)、PID
控制器Ⅲ(48)、
电磁阀
Ⅴ
(50)、
电磁阀
Ⅵ
(57)
和电磁阀
Ⅶ
(59)
通过控制线路连接，实现对各类阀门及装置的控制与校对
。3.
根据权利要求1所述的一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统，其特征在于：所述的高温高压供气模块
(0
‑
1)、
高温供液模块
(0
‑
2)、
可调式供砂模块
(0
‑
3)
和高温高压介质混合模块
(0
‑
4)
配合充分实现了冲蚀腐蚀实验所需的真实作业介质以及持续性高温高压工况环境，所述的螺旋搅拌器
(24)
与旋转混合箱
(29)
之间设置有气动控制
调砂阀
(25)、
声波传感器
(26)
和高速粒子成像仪Ⅰ(27)
，可实现砂粒量及砂粒大小可调，所述的单向阀Ⅱ(12)
与高速粒子成像仪Ⅰ(27)
之间设置有雾化喷头
(18)、
雾化腔
(19)、
温度检测器Ⅱ(20)、
压力检测器
(21)
和涡轮电子流量计
(22)
，可实现液相颗粒大小可调及气液两相温度压力检测与调控，所述的空气压缩机
(1)
与旋转混合箱
(29)
之间设置有增压泵
(2)、
气体稳压器
(11)、
气体加热器
(6)、
电加热套Ⅰ(9)、
管壳式换热器
(17)
和电加热套Ⅱ(28)
，可实现可持续性高温高压工况环境模拟
。4.
根据权利要求1所述的一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统，其特征在于：所述的腐蚀气体储气瓶
(37)
与电磁阀Ⅳ(42)
之间设置有减压阀
(38)、
腐蚀气体混合器
(39)
和气体流量计Ⅱ(41)
，腐蚀气体储气瓶
(37)、
减压阀
(38)、
腐蚀气体混合器
(39)、
气体流量计Ⅱ(41)
和电磁阀Ⅳ(42)
通过与高温高压供气模块
(0
‑
1)、
高温供液模块
(0
‑
2)、
可调式供砂模块
(0
‑
3)、
高温高压介质混合模块
(0
‑
4)
配合实现冲蚀腐蚀耦合实验测试
。5.
根据权利要求1所述的一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统及方法，其特征在于：所述的实验箱
(53)
箱体外包裹了一层电加热套Ⅲ(49)
，实验箱
(53)
上壳面上端设置有压力传感器Ⅱ(43)
，实验箱
(53)
上壳面左端设有温度传感器Ⅱ(47)
，实验箱
(53)
上壳面右端设置有冷却管
(51)
，实现过热保护及精准调整温度功能，实验箱
(53)
中部外壳上下对称设置有弹簧式伸缩夹具
(45)
，箱体内部两端设置有四个对称分布的电磁超声换能器
(52)
，管道连接接头
(44)
位于实验箱
(53)
中部，试件
(46)
两端通过密封锥螺纹与管道连接接头
(44)
连接
。6.
根据权利要求1所述的一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统，其特征在于：所述的回收模块
(0
‑
8)
可实现腐蚀气体以及液相的回收，保持冲蚀腐蚀实验的连续性，气固液三相混合液进入气固液三相分离器
(54)
，砂粒通过下方干燥器Ⅰ(55)
进入砂粒回收箱
(56)
中，腐蚀气体依次通过上方电磁阀
Ⅶ
(59)、
干燥器Ⅱ(60)
再次进入实验箱
(53)
中，液相由气固液三相分离器
(54)
中间通过电磁阀
Ⅵ
(57)
进入液体回收箱
(58)
中，随后通过离心机
(61)
经过单向阀Ⅳ(62)
返回储液罐
(13)
中，形成气液固循环
。7.
根据权利要求1所述的一种高温高压气固液多相混合冲蚀腐蚀耦合多功能实验系统，其特征在于：所述的储液罐
(13)
中所装液体为电解液或水，分别可实现液相腐蚀与液相冲蚀，腐蚀气体储气瓶
(37)
中所装气体分别为
H2S、SO2、N2,
充分模拟在实际工况中所会遇到的各种腐蚀类别，同时所有实验管道外层...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐洋，皮云森，王金忠，王杰，王国荣，刘清友，赵金海，何胤，吴杰，李泽良，季寿宏，高翔，袁国海，刘奕衫，王成林，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：