專利名稱：多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及腐蝕試驗?zāi)M裝置，具體地說涉及一套多種測試功能的環(huán)道式油田采輸系統(tǒng)多相流腐蝕室內(nèi)模擬系統(tǒng)，屬油田化學(xué)腐蝕與防護(hù)評價領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
油田采輸管線內(nèi)的油氣水多相流介質(zhì)往往引起管線局部內(nèi)腐蝕穿孔，由此將引發(fā)漏油、賠青、停產(chǎn)檢修等，造成巨大經(jīng)濟損失。特別是高含水期油田的開發(fā)以及一些提高原油采收率新技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，如CO2驅(qū)、聚合物驅(qū)技術(shù)等，將使采輸管線的腐蝕問題更加突出，嚴(yán)重影響油田生產(chǎn)。因此，在逐漸依靠三次采油新技術(shù)的今天，開展油田采輸管線多相流腐蝕規(guī)律研究顯得尤為重要。然而，目前對油氣水多相流腐蝕規(guī)律的認(rèn)識尚十分有限，影響因素復(fù)雜多變，腐蝕 預(yù)測困難重重，給工藝設(shè)計、材料選擇、現(xiàn)場維護(hù)人員帶來極大的困惑?？梢?，油氣水多相流管線的腐蝕數(shù)據(jù)積累、影響規(guī)律研究是實現(xiàn)技術(shù)突破的重點。但現(xiàn)場開展大量腐蝕實驗研究不僅耗時費力，而且會影響正常的生產(chǎn)秩序。因此期待在實驗室內(nèi)建立相應(yīng)的多相流管道腐蝕系統(tǒng)，實時模擬現(xiàn)場腐蝕環(huán)境，將成為油田管線內(nèi)腐蝕規(guī)律研究、腐蝕評價不可替代的手段。目前，國內(nèi)外已經(jīng)建立了幾套類似的多相流腐蝕實驗?zāi)M裝置，但均存在與現(xiàn)場實際腐蝕情況差異大，功能單一化等缺點。現(xiàn)存多相流腐蝕模擬裝置存在以下不足I)忽視流體流型及油水分布對腐蝕的影響現(xiàn)場不同區(qū)塊油氣水比例、流速變化大，多數(shù)裝置僅能實現(xiàn)水氣雙相、油水雙相流體的腐蝕研究，未來考慮流型及油水分布影響；另外，絕大多數(shù)裝置設(shè)計的水平直管段長度與直徑之比過小，流體處于非穩(wěn)定流態(tài)，不能反映長距離混輸管線內(nèi)實際流型狀況。2)腐蝕測試功能單一、片面常規(guī)通過內(nèi)部固定的腐蝕掛片進(jìn)行測試，但顯然油氣水混輸管線不同部位接觸的腐蝕介質(zhì)存在明顯差異，因此采集數(shù)據(jù)片面，不能反映管線實際周向腐蝕情況。腐蝕探針測試同樣存在類似問題，難以實現(xiàn)管壁周向全方位腐蝕測試。同時忽略了掛片、探針等測試元件對流體局部特性的影響。3)不能實現(xiàn)承壓管線走向的任意傾角模擬實際工況中常遇到如河流跨越、山地鋪設(shè)等涉及傾斜走向的管線，實驗室中尚未成功模擬該條件下腐蝕行為。國外少數(shù)多相流研究裝置采用軟管實現(xiàn)任意傾角的模擬，但承壓的剛性管尚不能實現(xiàn)任意傾角變換。因此，本發(fā)明設(shè)計一套能夠模擬油氣水混輸管線工況環(huán)境的多功能環(huán)道式多相流腐蝕模擬測試裝置，能夠?qū)芫€內(nèi)腐蝕進(jìn)行全方位測試，可作為建立腐蝕與多相流體流型之關(guān)系的可靠依據(jù)，為三次采油新技術(shù)在油田的廣泛應(yīng)用、采出液腐蝕規(guī)律及控制技術(shù)研究提供重要支持。

發(fā)明內(nèi)容
針對國內(nèi)外多相流腐蝕模擬裝置存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置，適用于多相流腐蝕機理、流型與腐蝕關(guān)系、管線全方位腐蝕性檢測等研究工作，亦可為油田管線腐蝕評價、緩蝕劑篩選及防腐工藝優(yōu)化等提供較好的試驗研究平臺。本裝置具有獨特的腐蝕測試功能，最大程度重現(xiàn)現(xiàn)場管線內(nèi)腐蝕環(huán)境并全方位采集腐蝕信息。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下方式實現(xiàn)的一種多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置，包括控制柜、氣液分離器、電加熱器、氣體增壓機 、氣體流量計、螺桿泵、液體流量計、靜態(tài)混合器、腐蝕檢測探針、可轉(zhuǎn)動接頭、腐蝕檢測管段、腐蝕掛片器和腐蝕反應(yīng)釜。其特征在于氣源管線與氣液分離器的氣出口管線均連接到氣體增壓機進(jìn)口，在氣液分離器的氣出口管線上設(shè)有控制閥，氣體增壓機出口管線與水平設(shè)置的靜態(tài)混合器進(jìn)口相連，氣體增壓機出口管線設(shè)有水平段，在水平段上設(shè)有氣體流量計；液源管線與氣液分離器液體出口管線和螺桿泵的進(jìn)口管線相聯(lián)，在液體出口管線上設(shè)有控制閥，螺桿泵出口管線通過液體流量計與靜態(tài)混合進(jìn)口水平相連。在靜態(tài)混合出口處設(shè)有溫度傳感器，溫度變送器信號傳輸線與控制柜相連，控制柜根據(jù)溫度變送器信號控制設(shè)在氣液分離器下部的電加熱器。靜態(tài)混合器的出口管線通過水平連接管上的腐蝕檢測管段，垂直連接管上的腐蝕檢測管段和傾斜坡度可變的連接管上的腐蝕檢測管與腐蝕反應(yīng)釜相連，腐蝕反應(yīng)釜的出口管線與氣液分離器的氣液進(jìn)口相連；在氣液分離器氣液進(jìn)口管線與氣體流量計進(jìn)口管線之間和螺桿泵進(jìn)出口之間設(shè)有旁通管；在水平的腐蝕檢測管段、垂直的腐蝕檢測管和傾斜坡度可變的腐蝕檢測管的前后均設(shè)有腐蝕檢測探針。氣液分離器設(shè)為圓柱形，在上封頭的中心設(shè)有氣體出口，在上封頭下部周側(cè)設(shè)有氣液進(jìn)口，在氣相和液相均設(shè)有腐蝕掛片器和腐蝕檢測探針，在下部設(shè)有電加熱器，在下封頭中心設(shè)有液體出口。水平腐蝕檢測管設(shè)置前后兩個腐蝕檢測點，檢測流態(tài)穩(wěn)定前后的腐蝕，并且腐蝕檢測探針可旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對管壁不同方向的腐蝕檢測。垂直腐蝕檢測管段的連接管設(shè)為口向下的U字形，在U字形兩邊對稱設(shè)有腐蝕檢測探針和腐蝕檢測管段。傾斜腐蝕檢測管段的管線坡度可調(diào)節(jié)，在底邊的延長線上設(shè)有兩個旋轉(zhuǎn)接頭，在傾斜坡度可變的腐蝕檢測管線前后均設(shè)有腐蝕檢測管段和腐蝕檢測探針。在腐蝕反應(yīng)釜頂部向內(nèi)設(shè)有腐蝕檢測探針和腐蝕掛片器。本發(fā)明可實現(xiàn)以下有益功效I)腐蝕測試功能多樣化采用測試管段代替常規(guī)腐蝕掛片，克服了由于掛片位置差異引起腐蝕信息片面的缺點，同時避免了掛片本身對流體的干擾作用；通過360度旋轉(zhuǎn)管段與平頭腐蝕探針的配合，可實現(xiàn)管壁周向全方位腐蝕速率測試，使多相流流型與腐蝕速率關(guān)聯(lián)性的構(gòu)建成為可能；可獲得腐蝕速率或腐蝕電流隨時間連續(xù)變化曲線；同時還配合了部分位置的腐蝕掛片檢測。2)現(xiàn)場模擬更真實水平直管段穩(wěn)定流型區(qū)位置的L/D值大于200，可真正模擬現(xiàn)場長距離混輸管線內(nèi)的穩(wěn)定流體流型。采用特殊的傾斜管段設(shè)計，可模擬實際工況中存在任意傾角的剛性管線中流體形態(tài)及腐蝕行為(如河流跨越、山地鋪設(shè)等)。采用管式靜態(tài)混合器實現(xiàn)油氣水三相的均勻乳化，確保油氣水三相處于穩(wěn)定狀態(tài)。體系的壓力、溫度、油氣水比例等參數(shù)可調(diào)范圍寬泛，可涵蓋油田集輸系統(tǒng)的幾乎全部工況。
3)環(huán)路設(shè)計簡潔可靠氣液分離罐同時充當(dāng)臨時氣液儲罐，簡化了環(huán)路的流程，氣液相補充方便自如，系統(tǒng)壓力控制操作簡便；自封閉環(huán)路系統(tǒng)的設(shè)計有助于氣液流量的控制和計量。部分管段設(shè)有透明觀察窗，可實時觀測環(huán)道內(nèi)多相流流型狀態(tài)。所有過流部件采用316L不銹鋼可實現(xiàn)腐蝕性氣體如CO2及微量H2S腐蝕研究。4)控制計量更準(zhǔn)確采用變頻電機的螺桿泵及氣體增壓機配合回流管路設(shè)計可實現(xiàn)氣、液流量的精確控制。氣液分離并獨立計量有助于判斷流體內(nèi)各相的準(zhǔn)確體積含量，是構(gòu)建準(zhǔn)確的流型圖的關(guān)鍵。獨立的溫度控制系統(tǒng)對模擬現(xiàn)場實際管線工況至關(guān)重要。5)智能數(shù)字化操作臺架操作實現(xiàn)自動化,腐蝕數(shù)據(jù)采集方便快捷。總之，本發(fā)明裝置可用于實驗室內(nèi)開展CO2及微量H2S腐蝕及普通油氣水多相流腐蝕的研究工作，亦可為油田管線腐蝕評價、緩蝕劑篩選及防腐工藝優(yōu)化提供較好的試驗平 臺。本發(fā)明是大規(guī)模開展管線多相流腐蝕規(guī)律探索的基礎(chǔ)，將成為油田管線內(nèi)腐蝕研究中不可替代的手段。另外，本發(fā)明設(shè)計簡單，功能強大且獨具特色，在研究及工程領(lǐng)域均具明顯的推廣價值。


圖是本發(fā)明的工藝流程簡中序號說明1_氣液分離器2-電加熱器3-氣體增壓機4-氣體流量計5-螺桿泵6-液體流量計7-靜態(tài)混合器8-腐蝕檢測探針9-腐蝕檢測管段10-腐蝕掛片器11-腐蝕反應(yīng)爸
具體實施例方式為進(jìn)一步公開本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合說明書附圖通過實施例作詳細(xì)說明。一種多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置，包括控制柜、氣液分離器I、電加熱器2、氣體增壓機3、氣體流量計4、螺桿泵5、液體流量計6、靜態(tài)混合器7、腐蝕檢測探針8、可轉(zhuǎn)動接頭、腐蝕檢測管段9、腐蝕掛片器10和腐蝕反應(yīng)釜11。其特征在于氣源管線與氣液分離器的氣出口管線均連接到氣體增壓機進(jìn)口，在氣液分離器的氣出口管線上設(shè)有控制閥，氣體增壓機出口管線與水平設(shè)置的靜態(tài)混合器進(jìn)口相連，氣體增壓機出口管線設(shè)有水平段，在水平段上設(shè)有氣體流量計；液源管線與氣液分離器液體出口管線和螺桿泵的進(jìn)口管線相聯(lián)，在液體出口管線上設(shè)有控制閥，螺桿泵出口管線通過液體流量計與靜態(tài)混合進(jìn)水平相連。在靜態(tài)混合出口處設(shè)有溫度傳感器，溫度變送器信號傳輸線與控制柜相連，控制柜根據(jù)溫度變送器信號控制設(shè)在氣液分離器下部的電加熱器。靜態(tài)混合器的出口管線通過水平連接管上的腐蝕檢測管段，垂直連接管上的腐蝕檢測管段和傾斜坡度可變的連接管上的腐蝕檢測管與腐蝕反應(yīng)釜相連，腐蝕反應(yīng)釜的出口管線與氣液分離器的氣液進(jìn)口相連；在氣液分離器氣液進(jìn)口管線與氣體流量計進(jìn)口管線之間和螺桿泵進(jìn)出口之間設(shè)有旁通管；在水平的腐蝕檢測管段、垂直的腐蝕檢測管和傾斜坡度可變的腐蝕檢測管的前后均設(shè)有腐蝕檢測探針。本發(fā)明的技術(shù)方案細(xì)分地說包括以下四個相關(guān)聯(lián)的部分I)腐蝕介質(zhì)輸入部分包括氣液分離器I、電加熱器2、螺桿泵5和氣體增壓機3等；其中氣液分離器充當(dāng)臨時氣液存儲罐，油水兩相按固定比例，氣體由高壓氣瓶提供，分別由進(jìn)液管路和進(jìn)氣管路打入氣液分離器I。電加熱器用于氣液分離器內(nèi)液體的加熱器工作與恒溫控制。2)氣液循環(huán)部分包括螺桿泵5、靜態(tài)混合器7、液體流量計6、氣體增壓機3、氣體流量計4等；由氣液分離器I出來的油水混合液流量由螺桿泵5配合液體流量計6控制，工況下氣體流量由氣體增壓機3配合氣體流量計4控制，氣液匯流后一同進(jìn)入靜態(tài)混合器7，發(fā)生均勻乳化，隨后進(jìn)入實驗環(huán)道，完成實驗測試的氣液混合流體進(jìn)入氣液分離器1，氣液分離后，氣相由氣液分離器頂部進(jìn)入氣體增壓機3，液相由氣液分離器底部的液出口進(jìn)入螺桿泵5，開始新一輪循環(huán)。3)系統(tǒng)控制與數(shù)顯部分包括電器設(shè)備控制和工藝參數(shù)顯示等。其中，電器控制中涉及螺桿泵5、氣體增壓機3、電加熱器2、液體流量計6、氣體流量計4及腐蝕探針8的供電開關(guān)與變頻電機的頻率調(diào)節(jié)按鈕；過程參數(shù)顯示面板主要有流量、壓力、溫度等參數(shù)的數(shù)字顯示。
4)腐蝕測試部分主要由十個電感探針檢測8、七個腐蝕檢測管段9、三個腐蝕掛片器10、一個腐蝕反應(yīng)釜11和檢測數(shù)據(jù)處理平臺等組成?？梢詼y試水平管線、垂直管線、傾斜管線及容器內(nèi)等各種流態(tài)下的腐蝕。水平直管段穩(wěn)定流型區(qū)位置的L/D值大于200。電感探針檢測點設(shè)置于可軸向360度旋轉(zhuǎn)的管段上。電感探針的端面實現(xiàn)與管壁內(nèi)側(cè)相切，故而不影響管道內(nèi)流體狀態(tài)。傾斜管段的角度可以調(diào)節(jié)，傾斜坡度管段由兩端水平可任意角度旋轉(zhuǎn)的等腰直角三角形管段構(gòu)架實現(xiàn)，其中一直角邊為旋轉(zhuǎn)軸，依靠控制旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)剛性的斜邊和另一直角邊管段的傾角自由變換。檢測數(shù)據(jù)處理平臺主要由一臺連接各測試點的計算機組成，包括實時監(jiān)控每個電感探針檢測點(電感檢測點I到10)腐蝕速率(或電流)隨時間的變化曲線。所述的腐蝕檢測管段材質(zhì)為待測碳鋼，并可實現(xiàn)彎頭、焊口等缺陷處腐蝕模擬測試。本發(fā)明用的氣源是二氧化碳?xì)馄恐械亩趸細(xì)?，液源是油水混合液，水可配制不同油田的采出污水。氣液環(huán)流程為二氧化碳?xì)庀韧ㄟ^氣體增壓機、氣體流量計打進(jìn)靜態(tài)混合器，和通過螺桿泵、液體流量計打進(jìn)靜態(tài)混合器的液體混合。通過水平腐蝕檢測管段，垂直腐蝕檢測管段和傾斜坡度腐蝕檢測管段入腐蝕反應(yīng)釜，再進(jìn)入氣液分離器分離，分出的氣經(jīng)氣液分離出口再經(jīng)過氣體增壓機、氣體流量計進(jìn)入靜態(tài)混合器。液體從氣液分離器出口出來經(jīng)過螺桿泵和液體流量計進(jìn)入靜態(tài)混合器和氣體混合進(jìn)入下一步的循環(huán)流程。在配好所設(shè)計的氣液比后可關(guān)掉氣源和液源。
權(quán)利要求
1.一種多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置，包括控制柜、氣液分離器、電加熱器、氣體增壓機、氣體流量計、螺桿泵、液體流量計、靜態(tài)混合器、腐蝕檢測探針、可轉(zhuǎn)動接頭、腐蝕檢測管段、腐蝕掛片器和腐蝕反應(yīng)釜。其特征在于氣源管線與氣液分離器的氣出口管線均連接到氣體增壓機進(jìn)口，在氣液分離器的氣出口管線上設(shè)有控制閥，氣體增壓機出口管線與水平設(shè)置的靜態(tài)混合器進(jìn)口相連，氣體增壓機出口管線設(shè)有水平段，在水平段上設(shè)有氣體流量計；液源管線與氣液分離器液體出口管線和螺桿泵的進(jìn)口管線相聯(lián)，在液體出口管線上設(shè)有控制閥，螺桿泵出口管線通過液體流量計與靜態(tài)混合進(jìn)口水平相連。在靜態(tài)混合出口處設(shè)有溫度傳感器，溫度變送器信號傳輸線與控制柜相連，控制柜根據(jù)溫度變送器信號控制設(shè)在氣液分離器下部的電加熱器。靜態(tài)混合器的出口管線通過水平連接管上的腐蝕檢測管段，垂直連接管上的腐蝕檢測管段和傾斜坡度可變的連接管上的腐蝕檢測管與腐蝕反應(yīng)釜相連，腐蝕反應(yīng)釜的出口管線與氣液分離器的氣液進(jìn)口相連；在氣液分離器氣液進(jìn)口管線與氣體流量計進(jìn)口管線之間和螺桿泵進(jìn)出口之間設(shè)有旁通管；在水平的腐蝕檢測管段、垂直的腐蝕檢測管和傾斜坡度可變的腐蝕檢測管的前后均設(shè)有腐蝕檢測探針。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置，其特征在于氣液分離器設(shè)為圓柱形，在上封頭的中心設(shè)有氣體出口，在上封頭下部周側(cè)設(shè)有氣液進(jìn)口，在氣相和液相均設(shè)有腐蝕掛片和腐蝕檢測探針，在下部設(shè)有電加熱器，在下封頭中心設(shè)有液體出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置，其特征在于水平腐蝕檢測管設(shè)置前后兩個腐蝕檢測點，檢測流態(tài)穩(wěn)定前后的腐蝕，并且腐蝕檢測探針可旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對管壁不同方向的腐蝕檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置，其特征在于垂直腐蝕檢測管段的連接管設(shè)為口向下的U字形，在U字形兩邊對稱設(shè)有腐蝕檢測探針和腐蝕檢測管段。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置，其特征在于傾斜腐蝕檢測管段的管線坡度可調(diào)節(jié)，在底邊的延長線上設(shè)有兩個旋轉(zhuǎn)接頭，在傾斜坡度可變的腐蝕檢測管線前后均設(shè)有腐蝕檢測管段和腐蝕檢測探針。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置，其特征在于在腐蝕反應(yīng)釜頂部向內(nèi)設(shè)有腐蝕檢測探針和腐蝕掛片器。
全文摘要
一種多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗裝置，包括控制柜、氣液分離器、電加熱器、氣體增壓機、氣體流量計、螺桿泵、液體流量計、靜態(tài)混合器、腐蝕檢測探針、可轉(zhuǎn)動接頭、腐蝕檢測管段、腐蝕掛片器和腐蝕反應(yīng)釜。氣源管線與氣液分離器的氣出口管線均連接到氣體增壓機進(jìn)口，氣體增壓機出口管線與靜態(tài)混合器進(jìn)口相連，液源管線與氣液分離器液體出口管線均連接到螺桿泵的進(jìn)口，螺桿泵出口管線通過液體流量計與靜態(tài)混合進(jìn)口水平相連；在靜態(tài)混合出口處設(shè)有溫度傳感器，靜態(tài)混合器的出口管線通過腐蝕檢測管段與腐蝕反應(yīng)釜相連，腐蝕反應(yīng)釜的出口管線與氣液分離器的氣液進(jìn)口相連；在腐蝕檢測管段的前或后設(shè)有腐蝕檢測探針。
文檔編號G01N17/00GK102854122SQ20121006707
公開日2013年1月2日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者張建, 王增林, 韓霞, 李清方, 管善峰, 王子明, 傅莉, 董金婷, 郭長會, 王田麗, 孫廣領(lǐng), 黃少偉, 王利君, 王書平 申請人:勝利油田勝利勘察設(shè)計研究院有限公司