專利名稱：油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置和測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田開采工具性能測試領(lǐng)域，屬于一種油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置和測試方法，用于評價油井管柱在高溫、油井腐蝕條件及高速含砂流體沖蝕下的抗破壞性能。
背景技術(shù)：
沖蝕是指材料受到小而松散的流動粒子沖擊時表面出現(xiàn)破壞的一類磨損現(xiàn)象。油井管柱是石油開采的必需設(shè)備，主要包括鉆桿、套管、油管、防砂管等。油井井下環(huán)境非常惡劣，存在高溫、腐蝕、沖蝕對油井管柱的綜合作用，高溫和腐蝕作用會加劇油井管柱的沖蝕破壞，嚴(yán)重影響了油井管柱的安全可靠性和使用壽命，給油田開采造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并且容易引發(fā)安全事故。因此，需要開發(fā)一種測試油井管柱抗高溫腐蝕沖蝕性能的試驗裝置，以及測試評價方法，以便深入研究油井管柱在高溫、腐蝕及沖蝕作用下的破壞機(jī)理，指導(dǎo)油井管柱的優(yōu)化設(shè)計和合理選材。
目前油井管柱高溫腐蝕性試驗一般在自制的高溫高壓釜中進(jìn)行，其基本結(jié)原理為:將高溫高壓釜與N2氣瓶、CO2氣瓶和H2S氣瓶相連。利用導(dǎo)熱油或電加熱棒對高溫高壓釜加熱。先通入N2除去高壓釜中介質(zhì)溶液中的溶解氧，再通入CO2和H2S,模擬油井實際的CO2和H2S分壓，進(jìn)行油井管柱材料的靜態(tài)或動態(tài)腐蝕試驗。
能夠用來進(jìn)行油井管柱沖蝕試驗的裝置有很多種類，主要有旋轉(zhuǎn)式、離心式和射流式。旋轉(zhuǎn)式?jīng)_蝕試驗裝置是目前用來測試材料沖刷腐蝕性能的常用裝置，它利用試樣在盛有腐蝕性漿體的罐體中高速旋轉(zhuǎn)，通過試樣與漿體之間的相對運動來實現(xiàn)漿體對試樣的沖刷腐蝕磨損。這種裝置存在的主要缺點是，工作時罐體中的漿體產(chǎn)生渦流，使沖蝕角度和沖蝕速度無法控制。
中國專利CN 20092449 Y公開了一種離心式漿體沖蝕磨損試驗裝置，漿體由進(jìn)漿管進(jìn)入空心軸，電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動空心軸運動，漿體通過空心軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心慣性力的作用，由空心軸的水平出口高速甩出，沖擊試件，從而實現(xiàn)漿體對試件表面的沖蝕。這種裝置的缺點是，粒子的運動軌跡、沖蝕角、粒子流量等各種參數(shù)需要根據(jù)試驗條件加以計算，并且漿體中的粒子容易沉降，漿體混合不均勻，造成粒子流量不穩(wěn)定，從而影響試驗結(jié)果。
中國專利CN 201716245 U公開了一種試件表面沖蝕磨損試驗裝置，該裝置為射流式?jīng)_蝕試驗裝置，水泵將水箱中的水輸送至噴槍的混合腔內(nèi)，產(chǎn)生負(fù)壓，將儲砂槽內(nèi)的粒子吸入混合腔，與水混合后形成高速混砂液，經(jīng)過噴嘴噴出，沖擊試樣表面，從而對試樣產(chǎn)生沖蝕作用。這種裝置的主要缺點是，漿體的粒子濃度受漿體的射流速度影響，射流速度增大，粒子濃度同時增大，因此要實現(xiàn)粒子濃度精確控制比較困難。
因此，無論上述哪種方式都存在粒子流量難以控制的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能的試驗裝置和測試方法，以解決現(xiàn)有的試驗中，粒子流量難以控制的問題。
為此，本發(fā)明提出一種油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置，所述油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置包括:
高壓釜，所述高壓釜具有出砂口和出液口 ；
螺旋給料器，所述螺旋給料器的進(jìn)口端與所述高壓釜的出砂口連接；
水泵，所述水泵的進(jìn)口端通過粒子過濾裝置與所述高壓釜的出液口連接；
混合器，連接所述螺旋給料器的出口端和所述水泵的出口端，所述水泵的出口端上設(shè)有流量計；
噴嘴，連接所述混合器并且伸入到所述高壓釜中。
進(jìn)一步地，所述油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置還包括:設(shè)置在所述高壓釜中試樣架以及設(shè)置在所述試樣架上的支撐試樣的支撐板。
進(jìn)一步地，所述粒子過濾裝置包括:設(shè)置在所述高壓釜中的擋砂網(wǎng)，所述擋砂網(wǎng)位于所述水泵的進(jìn)口端的上游。
進(jìn)一步地，所述粒子過濾裝置還包括:管道過濾器，所述管道過濾器位于所述擋砂網(wǎng)和所述水泵的進(jìn)口端之間，所述管道過濾器的過濾口徑小于所述擋砂網(wǎng)的過濾口徑。
進(jìn)一步地，所述高壓釜具有加入砂粒的上部端口和位于所述上部端口側(cè)下方向的上封蓋，所述試樣架位于所述上部端口之下并位于所述上封蓋的內(nèi)側(cè)。
進(jìn)一步地，所述混合器包括:混合腔，所述混合腔具有進(jìn)砂口、進(jìn)液口和出口，所述進(jìn)砂口連接所述螺旋給料器的出口端，所述進(jìn)液口連接所述水泵的出口端，所述出口連接所述噴嘴。
進(jìn)一步地，所述混合器包括:設(shè)置在所述混合腔內(nèi)的噴射口，所述進(jìn)液口通過所述噴射口連接所述水泵的出口端。
進(jìn)一步地，所述混合腔為圓柱形，所述混合腔水平設(shè)置，所述進(jìn)砂口豎直設(shè)置，所述噴射口水平設(shè)置，所述進(jìn)砂口位于所述出口與所述噴射口之間。
進(jìn)一步地，所述油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置還包括:設(shè)置在所述高壓釜的出砂口處的Y型三通，所述Y型三通的第一端與所述螺旋給料器的進(jìn)口端相連，所述Y型三通的第二端安裝一個作為排砂口的閥門，所述Y型三通的第三端與所述高壓釜的出砂口連接。
進(jìn)一步地，所述支撐板角度可調(diào)的連接在所述的試樣架上。
本發(fā)明還提供一種油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能測試方法，所述測試方法采用權(quán)利要求前面所述的油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置，所述測試方法包括以下步驟:
A:配制模擬油井腐蝕介質(zhì)的試驗流體和選定試驗砂粒，然后將試驗流體和試驗砂粒加入到高壓釜中并加熱高壓釜；
B:啟動水泵，從加熱的試驗流體中過濾掉加熱的試驗砂粒后，將加熱的試驗流體從高壓釜輸送到水泵；
C:通過螺旋給料器以螺旋給料的方式，從過濾出來的加熱的試驗砂粒中定量向混合器提供加熱的試驗砂粒，同時通過水泵向混合器輸送不含砂粒的試驗流體，使得加熱的定量的試驗砂粒與不含砂粒的試驗流體在混合器中混合形成沖蝕流體；
D:使用攜帶定量的試驗砂粒的沖蝕流體對試樣進(jìn)行沖蝕。
進(jìn)一步地，步驟B具體包括::兩次過濾，第一次過濾掉較大顆粒的砂粒并將較大顆粒的砂粒輸送到螺旋給料器，第二次過濾掉較小顆粒的砂粒。
進(jìn)一步地，所述測試方法具體包括以下步驟:
El:從油井管柱上切割一塊樣件，加工成試樣，并測量試樣的質(zhì)量mQ ；
E2:配制模擬油井腐蝕介質(zhì)的試驗流體，和選定試驗粒子(或砂粒)的粒徑，將試驗流體和試驗粒子(或試驗砂粒)從高壓釜上部端口加入到高壓釜中；
E3:將試樣安裝在試樣架上，調(diào)節(jié)試驗要求的沖蝕角度，再將試樣架固定在懸掛板上，并關(guān)閉高壓釜上部端口 ；
E4:加熱高壓釜；
E5:打開氮氣氣瓶閥門，向高壓釜中通入氮氣除去流體中的溶解氧，通氣3小時后，關(guān)閉聞壓爸排氣口 ；
E6:打開硫化氫氣瓶閥門和二氧化碳?xì)馄块y門，調(diào)節(jié)硫化氫和二氧化碳的分壓達(dá)到預(yù)定值；
E7:再打開氮氣氣瓶閥門，調(diào)節(jié)高壓釜內(nèi)總壓達(dá)到預(yù)定值；
E8:啟動水泵，控制水泵轉(zhuǎn)速，將流體沖蝕速度調(diào)節(jié)到預(yù)定值；
E9:啟動螺旋給料器電機(jī)，控制螺旋給料器轉(zhuǎn)速，將試驗砂粒的流量調(diào)節(jié)到預(yù)定值，并與水泵中的試驗流體混合形成沖蝕流體進(jìn)行沖蝕試驗，開始計時；
E10:當(dāng)試驗達(dá)到預(yù)定測試時間后，關(guān)閉電機(jī)、水泵和停止加熱高壓釜，并關(guān)閉全部氣瓶的閥門，打開排氣口和高壓釜上部端口，排出高壓釜內(nèi)氣體；
Ell:待試樣冷卻后，將試樣取出，將其表面的雜質(zhì)清除干凈并吹干后稱重，測量試樣沖蝕后的質(zhì)量％;
E12:測量試樣沖蝕前后的質(zhì)量，以及測試時間和粒子流量，按照下式計算沖蝕腐蝕磨損率:
權(quán)利要求
1.一種油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置，其特征在于,所述油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置包括: 高壓釜，所述高壓釜具有出砂口和出液口 ； 螺旋給料器，所述螺旋給料器的進(jìn)口端與所述高壓釜的出砂口連接； 水泵，所述水泵的進(jìn)口端通過粒子過濾裝置與所述高壓釜的出液口連接； 混合器，連接所述螺旋給料器的出口端和所述水泵的出口端，所述水泵的出口端上設(shè)有流量計； 噴嘴，連接所述混合器并且伸入到所述高壓釜中。
2.如權(quán)利要求1所述的油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置，其特征在于，所述粒子過濾裝置包括:設(shè)置在所述 高壓釜中的擋砂網(wǎng)，所述擋砂網(wǎng)位于所述水泵的進(jìn)口端的上游。
3.如權(quán)利要求2所述的油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置，其特征在于，所述粒子過濾裝置還包括:管道過濾器，所述管道過濾器位于所述擋砂網(wǎng)和所述水泵的進(jìn)口端之間，所述管道過濾器的過濾口徑小于所述擋砂網(wǎng)的過濾口徑。
4.如權(quán)利要求1所述的油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置，其特征在于，所述混合器包括:混合腔，所述混合腔具有進(jìn)砂口、進(jìn)液口和出口，所述進(jìn)砂口連接所述螺旋給料器的出口端，所述進(jìn)液口連接所述水泵的出口端，所述出口連接所述噴嘴。
5.如權(quán)利要求4所述的油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置，其特征在于，所述混合器包括:設(shè)置在所述混合腔內(nèi)的噴射口，所述進(jìn)液口通過所述噴射口連接所述水泵的出口端。
6.如權(quán)利要求5所述的油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置，其特征在于，所述混合腔為圓柱形，所述混合腔水平設(shè)置，所述進(jìn)砂口豎直設(shè)置，所述噴射口水平設(shè)置，所述進(jìn)砂口位于所述出口與所述噴射口之間。
7.如權(quán)利要求1所述的油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置，其特征在于，所述油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置還包括:設(shè)置在所述高壓釜的出砂口處的Y型三通，所述Y型三通的第一端與所述螺旋給料器的進(jìn)口端相連，所述Y型三通的第二端安裝一個作為排砂口的閥門，所述Y型三通的第三端與所述高壓釜的出砂口連接。
8.一種油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能測試方法，其特征在于，所述測試方法采用權(quán)利要求I至7中任一項所述的油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置，所述測試方法包括以下步驟: A:配制模擬油井腐蝕介質(zhì)的試驗流體和選定試驗砂粒，然后將試驗流體和試驗砂粒加入到高壓釜中并加熱高壓釜； B:啟動水泵，從加熱的試驗流體中過濾掉加熱的試驗砂粒后，將加熱的試驗流體從高壓釜輸送到水泵； C:通過螺旋給料器以螺旋給料的方式，從過濾出來的加熱的試驗砂粒中定量向混合器提供加熱的試驗砂粒，同時通過水泵向混合器輸送不含砂粒的試驗流體，使得加熱的定量的試驗砂粒與不含砂粒的試驗流體在混合器中混合形成沖蝕流體； D:使用攜帶定量的試驗砂粒的沖蝕流體對試樣進(jìn)行沖蝕。
9.如權(quán)利要求8所述的油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能測試方法，其特征在于，步驟B具體包括::兩次過濾，第一次過濾掉較大顆粒的砂粒并將較大顆粒的砂粒輸送到螺旋給料器，第二次過濾掉較小顆粒的砂粒。
10.如權(quán)利要求8所述的油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能測試方法，其特征在于,所述測試方法具體包括以下步驟: El:從油井管柱上切割一塊樣件，加工成試樣，并測量試樣的質(zhì)量Hitl ； E2:配制模擬油井腐蝕介質(zhì)的試驗流體，和選定試驗砂粒的粒徑，將試驗流體和試驗砂粒從高壓釜上部端口加入到高壓釜中； E3:將試樣安裝在試樣架上，調(diào)節(jié)試驗要求的沖蝕角度，再將試樣架固定在懸掛板上，并關(guān)閉高壓釜上部端口； E4:加熱聞壓爸； E5:打開氮氣氣瓶閥門，向高壓釜中通入氮氣除去流體中的溶解氧，通氣3小時后，關(guān)閉高壓釜排氣口； E6:打開硫化氫氣瓶閥門和二氧化碳?xì)馄块y門，調(diào)節(jié)硫化氫和二氧化碳的分壓達(dá)到預(yù)定值； E7:再打開氮氣氣瓶閥門，調(diào)節(jié)高壓釜內(nèi)總壓達(dá)到預(yù)定值； ES:啟動水泵，控制水泵轉(zhuǎn)速，將流體沖蝕速度調(diào)節(jié)到預(yù)定值； E9:啟動螺旋給料器電機(jī)，控制螺旋給料器轉(zhuǎn)速，將試驗砂粒的流量調(diào)節(jié)到預(yù)定值，并與水泵中的試驗流體混合形成沖蝕流體進(jìn)行沖蝕試驗，開始計時； ElO:當(dāng)試驗達(dá)到預(yù)定測試時間后，關(guān)閉電機(jī)、水泵和停止加熱高壓釜，并關(guān)閉全部氣瓶的閥門，打開排氣口和高壓釜上部端口，排出高壓釜內(nèi)氣體； Ell:待試樣冷卻后,將試樣取出，將其表面的雜質(zhì)清除干凈并吹干后稱重，測量試樣沖蝕后的質(zhì)量Hl1 ； E12:測量試樣沖蝕前后的質(zhì)量，以及測試時間和砂粒流量,按照下式計算沖蝕腐蝕磨損率:
全文摘要
本發(fā)明提出一種油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置和測試方法，所述油井管柱高溫腐蝕沖蝕性能試驗裝置包括高壓釜，所述高壓釜具有出砂口和出液口；螺旋給料器，所述螺旋給料器的進(jìn)口端與所述高壓釜的出砂口連接；水泵，所述水泵的進(jìn)口端通過粒子過濾裝置與所述高壓釜的出液口連接；混合器，連接所述螺旋給料器的出口端和所述水泵的出口端，所述水泵的出口端上設(shè)有流量計；噴嘴，連接所述混合器并且伸入到所述高壓釜中。所述測試方法包括從加熱的試驗流體中過濾掉加熱的試驗砂粒后，將加熱的試驗流體從高壓釜輸送到水泵。本發(fā)明能夠獨立控制粒子沖蝕速度、粒子流量和沖蝕角度，使得實驗結(jié)果更為準(zhǔn)確，更有針對性。
文檔編號G01N3/56GK103149144SQ20131006399
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者匡韶華, 王寶權(quán), 張建軍, 石磊, 于麗宏, 佟姍姍, 柳燕麗, 陳楠 申請人:中國石油天然氣股份有限公司