CN107787448B - 腐蚀时间剖面测量装置 - Google Patents

Abstract

一种利用腐蚀测量装置测量目标材料在一段时间内由于暴露于流体而腐蚀的量的方法，所述腐蚀测量装置包括：共振器，所述共振器具有由具有与所述目标材料类似的腐蚀剖面的材料制成的第一表面区域并且具有由具有与所述目标材料不同的腐蚀剖面的材料制成的第二表面区域；以及变换器组件，所述变换器组件被定位用于驱动所述共振器并感测所得共振器运动，从而产生感测信号。在所述方法中，使所述共振器在所述时间段内暴露于所述目标流体，并且分析在所述时间段内的所述感测信号，以便确定所述共振器对由所述变换器组件驱动而做出响应的方式随时间推移的变化。

Description

腐蚀时间剖面测量装置

背景技术

技术领域

发明领域是腐蚀监测装置和方法。

背景技术

流体运输和处理设备的腐蚀是给基础结构维护带来高成本的严重问题。已知用于监测并防止腐蚀的方法，但是如将示出的，每种方法都带有某些缺点或限制。

常用的现有技术装置包括有待监测其腐蚀的材料的矩形或盘形试件，所述试件附连到安装装置上，所述安装装置使得能够将所述试件***到有待监测其腐蚀的管道、罐子或任何封闭物中。在安设之前测量试件的重量。在一段时间之后，将试件从流体中取出并再次称重，重量损失用于估计试件的腐蚀速率。由于商业上有利的将是能够取代对试件进行实时腐蚀测量的方法，所以将有利的是采用呈探针形***形式的指定方法。探针形***然后可容易地用于基于试件的重量损失对现有腐蚀监测***进行改装。这类***可将它们的操作参数(即，流体的温度以及共振器的共振频率和阻尼)传输到远离测量地点的遥测站，从而避免对定期现场操作员介入的需要。

发明内容

在第一单独方面中，本发明可以采取一种利用腐蚀测量装置测量目标材料在一段时间内由于暴露于流体而腐蚀的量的方法的形式，所述腐蚀测量装置包括：共振器，所述共振器具有由具有与所述目标材料类似的腐蚀剖面的材料制成的第一表面区域并且具有由具有与所述目标材料不同的腐蚀剖面的材料制成的第二表面区域；以及变换器组件，所述变换器组件被定位用于驱动所述共振器并感测所得共振器运动，从而产生感测信号。在所述方法中，使所述共振器在所述时间段内暴露于所述目标流体，并且分析在所述时间段内的所述感测信号，以便确定所述共振器对由所述变换器组件驱动而做出响应的方式随时间推移的变化。

在第二单独方面中，本发明可以采取一种用于测量目标流体腐蚀目标材料的趋势的腐蚀测量装置的形式。所述装置包括共振器，具有由具有与所述目标材料类似的腐蚀剖面的材料制成的第一表面区域并且具有由具有与所述目标材料不相似的腐蚀剖面的材料制成的第二表面区域。此外，变换器组件被定位用于驱动所述共振器并感测所得共振器运动，从而产生感测信号。最后，数据处理组件被适配用于接收所述感测信号并对其进行分析以便确定对由所述变换器组件驱动的共振器响应上的变化。

附图的简要说明

参考附图中展示了示例性实施例。本文所披露的实施方案和附图意在被认为是说明性的而不是限制性的。

图1描绘了简化的对称扭转质量弹簧***。

图2展示了图1的***部件的运动。

图3展示了图1的***部件在端质量之一的惯性显著减小时的运动。

图4示出了扭转共振器***，其中共振器容纳在壳体中并且部分地由三个片弹簧支撑。

图5是用于图1的***的补偿测量操作模式的图。

图6展示具有切口图案的片弹簧。

图7示出了具有圆形腐蚀测试试件的片弹簧结构。

图8示出了具有矩形腐蚀测试试件的片弹簧结构。

图9描绘包括扭转音叉的紧凑腐蚀测量装置。

图10示出了对根据本发明的可以在一种方法中使用的共振器的概括描绘。

图11是安装在弯管的一个端部上的横向振动共振器的剖视图。

图12是径向地安装在管道中的横向振动传感器的剖视图。

图13是对应地由导热块和帕尔贴装置包围的图12的横向振动传感器的等距视图。

图14是图13的横向振动传感器的等距视图，示出了通向热电偶和控制器的路径。

图15是图14的传感器的变形的剖视图，示出了两个热电偶的相异位置。

图16示出了安装在联接杆上的具有流体端质量和传感器端质量的对称共振器的剖视图。

图17是由绝热支撑件附接到管道的壁上并且具有扁平流体端质量的对称共振器的剖视图，所述对称共振器的变换器端部封闭在导热体中。

图18是具有扁平流体端质量的对称扭转共振器的剖视图，其中隔热套包围其变换器端质量。

具体实施方式

当在本申请中使用时，术语“腐蚀剖面”意指材料被一系列不同腐蚀性流体中的每一种腐蚀的趋势。具有相似腐蚀剖面的材料易于受相同的腐蚀性流体腐蚀，而具有不相似腐蚀剖面的材料易于受不同的腐蚀性流体影响。具有与第一材料不相似的腐蚀剖面的第二材料可能总体上较不易于受腐蚀。

本发明的优选实施例可以提供一种腐蚀监测方法，所述方法满足对便宜的、长期的、敏感的、在线的腐蚀监测的需要，所述监测使得能够实时遥测在设施中的多个地点处的腐蚀速率。实时监测使得能够以适合的速率对防腐化学品进行反馈控制投配，以便确保最小腐蚀速率而无过渡投配的费用和环境负担或者安全漏洞。

概括地讲，对称共振器(例如呈扭转音叉的形式)配备有不类似材料的两个尖叉，已知其中之一在给定流体中是耐腐蚀的，并且第二个是在所述流体中的腐蚀有待测量的材料的。这两个尖叉被构成使得单独地具有相同的共振频率。它们安装在公共基部上，所述基部顺应性地连接到第二惯性基部上，所述第二惯性基部关于它与音叉之间的连接点具有比整个音叉组件大得多的惯性矩。

当这两个尖叉处于它们的制造态时，音叉是平衡的；即，当音叉在其第二扭转(对称)模式(其中这两个尖叉在相反方向上旋转，这样使得所述模式关于垂直于这两个尖叉的轴线的平面拥有镜像对称)下振动时，共同基部上的反作用扭矩最小。这两个尖叉的质量差上的任何变化将导致这两个尖叉之间的不平衡的增长，从而进一步导致共同基部上的反作用扭矩增大。

如果共同基部与惯性基部之间的连接被制成是顺应性的，那么由于不平衡扭转共振造成的反作用扭矩将使共同基部产生周期性扭转振荡，这可以通过许多已知装置中的一种(例如像电磁角速度传感器)来测量。

在一个优选实施例中，简化的对称扭转质量弹簧***10包括具有相同惯性矩的两个惯特性量12和14，如图1所示。当在第一反对称模态频率下被驱动时，所述惯特性量在由箭头12A和14A指示的相反方向上旋转。扭力弹簧16(沿着其长度是均一的)经由胶合剂18附接到有效剪切劲度比扭力弹簧16的剪切刚度小得多的顺应性波节支撑件20上。因为顺应性波节支撑件20被胶合到弹簧16上，并且比弹簧16更具顺应性，所以它将通过扭力弹簧16的剪切而自由地受剪切。图2展示了***10的部件的运动以及沿着弹簧16的长度的对称角位移22。因为***10优选地相对于其中央平面或波节24对称，支撑件20经历由箭头26A和26B指示的纯剪切而无平移。

参考图3，端质量之一14'的惯性显著减小，如图3所示，其中箭头12A和14A示出所述质量旋转的方向。这两个质量中的较大一个12'在极限情况下变成波节，与具有较小质量14'的端部相比以显著更小的角振幅振动。一种结果是：***的共振频率增大，从而导致朝向更大质量的端部12'定位的偏移波节24A。第二种结果是：支撑件20不再经历纯剪切，而是现在显示出平移分量，其中箭头28A和28B示出支撑件20的位移。支撑件20的平移幅值因此是共振器的不平衡的量度，其条件是共振器按照以其第一反对称模态频率振荡的这种方式被驱动。为了达到这一点，可以使用确保激发频率保持***处于适当的特征频率下的某种跟踪激发方案，诸如美国专利8,291,750中所描述的那个。在面对温度和压力变化以及共振器的质量分布上的变化时也保持***处于适当的共振频率下的任何方案将是足够的。此外，支撑件的平移移动将处在激发频率下，这样使得可以使用同步检测方案来测量支撑件的平移运动上的非常小的变化。

在第三优选实施例(未示出，但其中数字以与图1-4的参考号类似的方式被分配给元件)中，顺应性支撑件20是呈片弹簧30的形式，在扭力弹簧16的原始波节点24处附接到扭力弹簧16上。片弹簧30被设定尺寸成使得与连接两个端质量12和14的扭力弹簧16相比具有高得多的扭转顺应性。另外，它在弯曲时也是高度顺应性的，这样使得在扭转共振器的波节点24响应于其端质量12和14的变化而移动时，片弹簧可自由地进行扭曲和平移两者。未示出用于***10的扭转共振的激发和感测装置32的任何细节，但变换器可以是有益于激发并测量所希望振动模式的电磁的、压电的、或任何其他的装置。

另一个要求在于：两个端质量12和14初始地具有相同惯性矩。如果参考材料具有与测试中材料不同的密度，参考质量12必须在尺寸上按比例缩放，以便具有与测试质量14相同的惯性矩。如果两个质量12和14具有相同初始直径，每个质量的厚度需要与其密度成反比。此外，如果扭力弹簧16是金属的，那么端质量12和14必须与弹簧16电绝缘，以便避免通过由与彼此并且与腐蚀性流体相接触的不类似材料生成的电偶电位影响腐蚀过程。

图4示出了***的第四优选实施例，其中，以等间隔布置在共振器周围的三个片弹簧30保持共振器在壳体34中居中，并且激发和感测可以是连续的或间歇的。使用磁变换器，其中适当的激发和感测线圈布置在从壳体径向延伸的柱台36中。必要的磁铁和/或软磁磁轭嵌入在关于中央毂对称布置的环38中。壳体可以被建造到管道中，或者它可以附接到探针上，所述探针可以***到其中的腐蚀有待测量的管线、井口或其他环境中。

另一个优选实施例针对除测试盘之外的所有部分利用钛质部件。钛具有耐多种多样的流体腐蚀的优点。它是非磁性的，并且具有高电阻率，这样使得激发、感测和拾波线圈将几乎不受涡流影响。哈司特镍基合金或其他高镍含量合金是所述***的另一种候选物。

参考图5，用于***10的替代操作模式添加了补偿测量的优点。在这种模式下，波节拾波线圈40的输出由放大器42放大并且被反馈回到辅助激发变换器44。***10被安排成使得辅助激发变换器44在共振器的测试盘被安装到其上的端部上施加足够的转矩，以便恰好平衡由于通过腐蚀引起的材料损失所造成的惯性转矩损失。拾波线圈电压保持为零，但通过辅助激发变换器44的电流46是对测试盘通过质量损失引起的惯性损失的直接量度。

其他形式的对称共振器将适用于此目的。例如，图6展示了具有切口图案48的片弹簧；它的两个端部可被制成对腐蚀具有不同敏感性(如通过遮蔽、选择性淀积等)。片弹簧48通过上接片50A和下接片50B锚定到支撑结构。可替代地，这个片弹簧结构48可与圆形腐蚀测试试件52或甚至矩形腐蚀测试试件54一起使用，如图7和8所显示，图7和8仅意图给出另外的可能实施例的一般概念。

最后，可以使用扭转音叉，图9仅是扭转音叉的许多可能实施例中的一个，如紧凑腐蚀测量装置56。当这两个尖叉58平衡并且在反对称模式下振动时，基部不经历转矩。如果尖叉之一的质量改变，则音叉变得不平衡，并且净转矩被施加在基部60上，所述基部将以与波节片弹簧30和48在先前所披露实施例中所做大致相同的方式振荡。

这些实施例中的所有实施例可以用于测量腐蚀。例如，这两个惯特性量可以设置有不同的涂层以便测量腐蚀的变异性，并且相同测量原理用于监测测试质量14与参考质量12之间的差质量变化。可替代地，测试质量14可以包覆或电镀或以其他方式涂布有一种物质，所述物质在给定流体中的行为是有待测量的。

这些***的重要优点在于：它们完全浸没在流体中，并且因此与流体处于热平衡。如果将要使对称共振器的一个端部处于与另一端部不同的温度，那么因为扭力弹簧16的两个端部的弹簧常数的不相等，对称共振器将变得不平衡。与依赖于对共振器(质量可因腐蚀而从其被移除)的频率响应的测量的现有技术***相比，频率在本***中不是特别受关注；重要的仅仅是：共振器在其适当的共振频率下被激发，即使这个频率将响应于温度变动和质量负载上的变化而改变。

另外的优选实施例也是基于腐蚀对机电共振器的影响。参考图10，质量-弹簧扭转共振器110包括圆柱形质量112，所述圆柱形质量由管状扭力弹簧116联接到波节质量114上。共振器110的共振频率取决于质量112的质量和弹簧116的弹簧常数。

这个共振器的频率由以下等式确定：

其中F是共振器的共振频率，G是扭转弹簧116的扭转劲度，并且I是质量112关于共振器的纵轴的惯性矩。

用于使用共振器110来监测腐蚀的第一方法是：用在所关注流体环境中耐腐蚀的材料制成所述质量，而用与腐蚀有待测量的设备相同的材料制成弹簧116。随着腐蚀性流体侵蚀弹簧116，它逐渐变薄，从而减小其劲度，并降低共振器110的共振频率。由于共振频率直接关系到弹簧常数，并且由于弹簧常数取决于扭转弹簧116的厚度，共振频率的减小可以直接关系到从弹簧损失的材料的量。

两个因素影响这种方法的准确度，第一个是温度对共振器的共振频率的影响。弹簧的扭转劲度线性地取决于弹簧的材料的剪切模量线性，并且剪切模量进而取决于材料的温度。由于剪切模量的温度系数可以通过实验确定，并且是扭力弹簧材料的属性，所以可以控制和/或补偿由于温度影响造成的共振器的频率变化。

参考图11，其示出了第一优选实施例，支撑横向振动共振器100的外壳200被安装在弯管120A的一个端部上。弯管120A优选地由隔热材料制成；结果是，在保持传感器完全浸没在流体中时，管道确保共振器的暴露部分和传感器的外壳两者与流体的温度达到平衡。共振器100是基本上等温的，其中封闭部分100A逼近暴露部分100B的温度，这样使得可以确定其无负载共振频率，只要流体的温度是已知的。支撑管道120A还用影响于通向变换器元件220的电气连接的导管，所述变换器元件附连到共振器100的内杆160的自由端上。整个变换器还包括另外的元件(未示出)，所述另外的元件在元件220上施加力，从而以扭转模式激发共振器，并且还感测共振器的旋转振动运动。在优选实施例中，变换器元件220是永磁铁，它由安装在外壳200中的电磁铁组件(未示出)驱动。因为外管(也是扭转弹簧)140扭转地振动，或者在替代实施例中，横向地振动，所以弹簧140的腐蚀改变弹簧特性并改变共振器100的共振频率。通过确定共振频率随时间推移的变化，可以测量或估计管140的腐蚀量。因为共振器100被保持在均一温度下，所以更易于形成共振温度的测量结果，从而使得有可能将那时的温度(来自未示出的温度测量装置)的影响与已经改变弹簧140的弹簧特性的腐蚀的影响分离。

可替代地，横向振动传感器可以径向地安装在管道120内，如展示了第二优选方法的图12所示。传感器的主体未与流体直接接触的那些部分由高效绝缘套240覆盖，所述高效绝缘套使得传感器的被覆盖部分是基本上绝热的。由于共振器的封闭部分100A既不损失热量也不获得热量，所以共振器的部分最后全都变得与暴露部分100B平衡，从而使得共振器与等于流体温度的温度是等温的。类似于先前实施例，均一温度允许更易于通过测量装置(未示出)对温度进行测量。

在图13所示的第三优选方法(它可以单独地或与目前描述的方法之一结合使用)中，共振器外壳200的未浸没部分拥有用于加热和/或冷却所述壳体部分的装置。传感器100A的封闭部分由导热块260包围，所述导热块进而由一系列帕尔贴装置280包围，它们连接到能够维持传感器主体处于预设温度的适当电源和控制装置300上(如图14所示)。这些温度调节装置接受来自模型或位于共振器100的暴露部分100B中的温度传感器的温度测量结果，并且将共振器外壳200的未浸没部分的温度校准、调整到共振器100的浸没部分的温度。这两个温度被进行比较，并且它们的差被用作用于控制器300的误差信号，所述控制器调整去往帕尔贴加热器/冷却器的功率输入，以便将温度差驱动到零。这些温度调节装置连同加热和/或冷却装置构成用于维持共振器100处于等温条件的***。这个过程致使共振器100变得基本上等温。在替代实施例中，使用不同于帕尔贴装置的类型的加热和冷却装置。在这个实施例中，共振器100的温度是已知的并且被用于补偿温度对共振器100的剪切模量的影响，这样使得可以形成随时间推移的腐蚀的更准确测量结果。

第一优选方法的准确度是基于以下假设：传感器的未浸没端部的导热性是足够高的并且它到周围结构的热传递是足够低的，以便确保共振元件是等温的。类似地，第二优选方法的准确度是基于以下假设：包围保护传感器的未浸没端部的外壳的隔热材料的导热性是足够低的，使得壳体的温度与共振器100的浸没端部的温度大致上相同。类似地，第三优选方法的准确度取决于帕尔贴加热/冷却***维持主体处于与共振器100的流体端部相同的温度的效能。

图15所展示的第四优选方法(它可以单独地或与目前描述的方法之一结合使用)包括：提供用于测量共振器100内的至少两个位置处的温度的装置，并且提供用于基于共振器100内至少两个位置处的测量温度来预测共振器的无负载共振频率的模型。在基于第一优选方法的一个变型中，外壳200优选地包括隔热材料240，并且至少两个温度传感器320被放置在传感器上的至少两个位置处，典型地在尖端和变换器端部处。在优选实施例中，内杆由中空管340替换，以便允许将用于温度传感器的引线引导到共振器的自由端。变换器还设置有通孔，以便允许温度传感器引线360离开。类似地，第二温度传感器320被附接到共振器的变换器端部上。从共振器100内的至少两个位置测量的温度在预测模型中用于针对用于使传感器的共振器等温的量度方面的不完全性进行校正。在优选实施例中，温度传感器是热电偶380，因为这些可以由质量和刚性相比于共振器的质量和刚性可忽略的非常细的电线制造而成，并且因此对共振器的频率或阻尼具有可忽略的影响。这两个热电偶的输出由热电偶放大器(TC amp)400放大，并且用作到存储在处理器420中的预测共振器的无负载频率的算法的输入(图14和15)。此外，考虑到共振器100的共振频率上的变化，预测模型和共振器100内的至少两个位置处的测量温度由算法用于预测流体对管140的腐蚀。共振器的初始等温条件越好，这种方法所进行的补偿就越准确。这种用于校正与等温条件的残余偏差的计算方法可以同样良好地应用于以上所描述的第二或第三优选方法，以便提高其准确度。类似于先前方法，知道温度允许将管或弹簧140由于温度造成的剪切模量与由于腐蚀造成的剪切模量分离，从而形成随时间推移的腐蚀的更好测量结果。

应当进一步理解的是，两点温度测量只是例示出更一般补偿方法。在其中两点测量并不提供足够准确度的情况下，可以使用三点或更多点测量连同用于共振传感器中的温度分布的适合模型。另外，应当进一步理解的是，尽管用一般变换器示出前述实施例，但变换器装置可选自以下各项的组：能够在共振器中激发所希望共振和/或能够测量共振器的共振响应的压电的、电容的、电磁的、磁致伸缩的、光学的、或任何其他的装置。

前述实施例利用同轴弯曲共振器。然而，可以使用任何共振器，其前提是所述共振器在其表面的至少部分之上垂直于它自己的表面振动。在以下对优选实施例的描述中，应当理解的是，这些全都可以使用以上所描述的浸没和/或绝缘技术来呈现为是标称地等温的，并且浸没和/或绝缘传感器的准确度可以借助于前述节段中所描述的温度测量和补偿方案来提高。

横向振动的弯曲共振器(诸如以上所描述的一个)具有在振动上不平衡的缺点。当管状区段振动时，它在共振器的主体上施加实质性的反作用力，这可能引起能量泄漏到支撑结构中，而这进而将不确定性引入到共振器的无负载共振频率和无负载阻尼中。在另一个优选实施例中，共振传感器包括不平衡共振器，其中，两个联接的共振元件连结在一起，其方式为使得它们共同的安装件上的反作用力在很大程度上得到中和，从而导致与不平衡共振器相比优越的与安装件影响的隔离。共同音叉是平衡弯曲共振器的实例。现有技术传授弯曲和扭转浸没式音叉两者测量流体特性的用途。然而，这些音叉具有在未同时将变换器浸没在正在测量的流体中的情况下难以驱动并进行感测的缺点。

不具有这些缺点的另一种平衡共振器披露于美国专利9,267,872中。参考图16，平衡共振器100’包括呈管440的形式的扭力弹簧，所述管关于波节毂460对称地构造。联接杆480连结变换器端质量500和流体端质量520，所述变换器端质量由这里未进一步描述的变换器装置驱动扭转。流体端质量520被设定尺寸成具有与变换器端质量500相同的惯性矩，这样使得整个组件像对称共振器一样振动，所希望模式是其中两个端部在相反方向上。当以这种模式振动时，无净转矩被施加在波节毂上。

为了用这个对称扭转共振器测量腐蚀，必须知道其在未负载流体时的共振频率。正如本申请中所披露的所有共振器的情况，这个无负载共振频率取决于共振器的温度。并且如在其他共振器中，除非共振器是等温的，否则难以或者不可能非常准确地预测其无负载共振频率。

图17示出了由隔热支撑件560附接到管道120的壁上的对称扭转共振器100'，其中所述对称扭转共振器的变换器端部封闭在导热主体540中。这使得整个共振器是基本上等温的，尽管应当理解的是，在其中流体端质量520A与变换器端质量500之间存在微小温度差的情况下，可以在以上所描述的方法中实施另外的温度补偿步骤，其中温度传感器用于测量共振器的两个端部处的实际温度并且这个信息用于计算共振器的无负载共振频率的校正因子。

这种构型特别有利于在油气开采中的用于测量井底腐蚀的装置中使用，因为井底环境典型地是等温的。

现在参考图18，腐蚀监测装置80的优选实施例包括被示出为具有扁平端部520的对称扭转共振器100'。还包括隔热套580，其包围限定腔室180的外壳540。如同在图12中，套防止与周围环境进行热交换，从而保持对称共振器与流体温度是基本上等温的。这个实施例可以进一步包括图15所示的温度测量元件，这样，可以测量封闭部分100A'与暴露部分100B'之间的微小温度差，并且所述温度差用于在算法上针对所述温度差进行补偿。应当进一步理解的是，绝缘套可以由在应用于图18的***时具有大致上相同功能的如图13和14所示的加热/冷却***替换。影响所述方法的准确度的第二因子是由制成共振器的每个元件的材料的电负性差异所引起的电化学电位生成腐蚀测量伪像的可能性。至少两种方法可供用于针对这类伪像进行校正。第一方法是用相同材料制成所有部件。由于这将使得所有部件易受腐蚀侵害，所以可以用来诸如特氟龙、基于环氧树脂的油漆、类金刚石涂层、或耐受目标流体侵蚀的类似的不可渗透的涂层等排液涂层(fluid-excluding coating)来覆盖所述部件。第二方法是针对非弹簧部件使用耐腐蚀材料，但是要确保这些耐腐蚀材料具有与弹簧材料相同的电负性。

本发明的其他方面披露这种方法的优选实施例，明确地是在采用便于在典型腐蚀监测环境中使用的装置的同时满足所述方法的基本要求的共振***的设计。

这些属于两种宽泛类别。第一类别包括允许微差测量的共振器。它们包括单独的或联接的两个共振器，这两个共振器暴露于相同流体，被维持处于与彼此相同的温度，但是在它们的测量元件(如早先所描述的，可以是它们的质量抑或它们的弹簧)的可腐蚀性上有所不同。第二类别包括以下共振器，所述共振器的未腐蚀频率是通过计算装置基于在共振器上或在其附近测量的一个或多个温度来计算的，所述未腐蚀频率用作根据腐蚀共振器的频率计算腐蚀程度的参考。

这个共振器可以是单端的，抑或优选地是对称共振器，如2016年3月23日发布的US.9,267,872中所披露。共振器根据本文所披露的方法之一构建，即，两个共振器中的一个具有可腐蚀的弹簧抑或质量，而第二共振器被构建成使得是相对防腐的。在这种情况下，将防腐共振器的频率与具有可腐蚀元件的共振器的频率进行比较，从而根据共振频率差来计算腐蚀的程度和速率。

第二宽泛类别的装置采用以上所描述的用于维持单个无差分共振器处于大致上恒定的温度，这样使得可以根据一个或多个温度来计算未腐蚀频率，见以上描述图15的正文。一个特别有利的实施例使用2013年6月6日公布的公布申请号2013/0139576中所描述类型的完全浸没式扭转扭转音叉，所述申请披露特别适应于在高温和高压下在井底使用的流体特性共振器。通过将扭转音叉设计修改成使得质量抑或弹簧是由可腐蚀材料制成，音叉可以用于通过以上所描述的方法之一来监测腐蚀。

可能的是，虽然使用前述方法或装置中的任一种，流体特性上的大变化(包括但不限于密度和粘度的任意结合)可引起共振器的共振频率上与共振器或其部分的腐蚀无关的变化。一种用于针对这类流体特性变化进行补偿的方法使用位于腐蚀传感器附近的辅助传感器，辅助传感器的与流体相接触的部分是由免于受目标流体腐蚀的材料制成。辅助传感器向执行实施计算算法的程序的数据处理装置提供输入，所述计算算法针对流体特性对腐蚀监测装置的共振频率的影响来补偿腐蚀测量。

在替代方法中，基于温度的测量结果和单个腐蚀敏感的共振器的阻尼执行分析，以便针对流体特性上的变化的影响进行补偿。

将一个时间点与另一个时间点的共振器(诸如，共振器100或100'等)的共振频率进行比较产生对在这两个时间点之间已经发生的腐蚀的量度。如果第一时间点是共振器安设，那么第二时间点的测量产生在自共振器安设开始的时间段过程中的总腐蚀。在一个优选实施例中，共振器是在腐蚀测量装置内可替换的。值的日志可以提供随时间推移的腐蚀的历史，这在其中进度有变化的流体经过共振器的情景中可能是相当有价值的。例如，来自特定井的原油的特性可能随时间推移而改变。即使工厂中的流体流也可以显示出某种改变。在一些情景中，知道发生最大腐蚀的时间可能是有价值的。

工业实用性

本发明在制造流体特性测量装置的领域以及监测流体特性和/或流体对周围结构的作用的领域中找到工业实用性。

Claims (26)

1.一种测量目标材料在一时间段内由于暴露于目标流体而腐蚀的量的方法：

a.提供腐蚀测量装置，所述装置包括：

i.扭转共振器，所述扭转共振器具有由具有与所述目标材料的腐蚀剖面类似的腐蚀剖面的材料制成的第一表面区域并且具有由具有与所述目标材料的腐蚀剖面不相似的腐蚀剖面的材料制成的第二表面区域；

ii.变换器组件，所述变换器组件被定位用于扭转驱动所述扭转共振器并感测所得共振器扭转运动，从而产生感测信号；

b.使所述扭转共振器在所述时间段内暴露于所述目标流体，并且分析在所述时间段内的所述感测信号，以便确定所述扭转共振器对由所述变换器组件扭转地驱动而做出响应的方式随时间推移的变化。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一表面区域是由所述目标材料制成。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述扭转共振器具有共振频率，并且对所述感测信号的所述分析确定所述共振频率是否已经随时间推移而改变。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述扭转共振器包括具有所述第一表面区域的第一共振质量和具有所述第二表面区域的第二共振质量，并且其中，两个共振质量都被浸没在所述目标流体中，所述两个共振质量的不同腐蚀引起共振频率上的变化。

5.如权利要求3所述的方法，其中，所述扭转共振器具有两个共振质量，所述两个共振质量共同地具有所述第二表面区域，并由具有所述第一表面区域的扭转弹簧连结，并且其中，所述扭转弹簧的腐蚀引起共振频率上的变化。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述装置进一步包括流体无法渗透的外壳，并且其中，所述两个共振质量中的第一个被封闭在所述外壳中并且所述两个共振质量中的第二个是暴露的，并且其中，使所述扭转共振器暴露于所述目标流体的步骤包括使所述两个共振质量中的第二个以及所述扭转弹簧的至少一部分暴露于所述目标流体。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述扭转共振器被维持处于一种状态，其中所暴露的质量和所封闭的质量被保持处于相隔小于5℃的平均温度。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述扭转共振器的温度是在两个移位点处测量的，并且其中，所述测量的结果用于得出腐蚀测量结果。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述目标材料是碳钢。

10.如权利要求1所述的方法，其中，读数的日志被记录并分析，以便提供所述时间段内的腐蚀的历史。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述时间段超过一周。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述时间段超过一个月。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述时间段超过一年。

14.如权利要求1所述的方法，其中，伴随传感器组件测量流体特性集，并且所述测量的结果被进行比较以便得出所述目标材料的腐蚀趋势的校正后测量结果。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述流体特性集包括从由密度、粘度、电化学电位以及ph组成的集合取得的一种或多种特性。

16.如权利要求1所述的方法，其中，所述扭转共振器是对称共振器并且所述变换器组件感测波节点远离原始位置的移动，并且所述感测信号反映所述波节点的位置并且所述分析使用所述波节点的位置来确定所述第一表面区域的腐蚀程度。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述变换器组件响应于所述感测信号而将所述波节点的所述位置返回到所述原始位置。

18.如权利要求1所述的方法，其中，对所述感测信号的所述分析产生对阻尼的量度，所述对阻尼的量度进而产生对所述第一表面区域由于腐蚀造成的粗糙化的估计。

19.一种用于测量目标流体腐蚀目标材料的趋势的腐蚀测量装置，包括：

a.扭转共振器，所述扭转共振器具有由具有与所述目标材料的腐蚀剖面类似的腐蚀剖面的材料制成的第一表面区域并且具有由具有与所述目标材料的腐蚀剖面不相似的腐蚀剖面的材料制成的第二表面区域；

b.变换器组件，所述变换器组件被定位用于扭转驱动所述扭转共振器并感测所得共振器运动，从而产生感测信号；

c.数据处理组件，所述数据处理组件被适配用于接收所述感测信号并对其进行分析以便确定对由所述变换器组件扭转驱动的共振器响应上的变化。

20.如权利要求19所述的装置，其中，所述第一表面区域是由所述目标材料制成。

21.如权利要求19所述的装置，其中，所述扭转共振器具有共振频率，并且对所述感测信号的所述分析确定所述共振频率是否已经随时间推移而改变。

22.如权利要求21所述的装置，其中，所述扭转共振器包括具有所述第一表面区域的第一共振质量和具有所述第二表面区域的第二共振质量，并且其中，两个共振质量都被浸没在所述目标流体中，所述两个共振质量的不同腐蚀引起共振频率上的变化。

23.如权利要求21所述的装置，其中，所述扭转共振器具有两个共振质量，所述两个共振质量共同地具有所述第二表面区域、由具有所述第一表面区域的扭转弹簧连结，并且其中，所述扭转弹簧的腐蚀引起共振频率上的变化。

24.如权利要求23所述的装置，其中，所述装置进一步包括外壳，并且其中，所述两个共振质量中的第一个被封闭在所述外壳中并且所述两个共振质量中的第二个是暴露的，并且其中，使所述扭转共振器暴露于所述目标流体的步骤包括使两个共振质量中的第二个以及所述扭转弹簧的至少一部分暴露于所述目标流体。

25.如权利要求24所述的装置，其中，所述扭转共振器被维持处于一种状态，其中所暴露的质量和所封闭的质量被保持处于相隔小于5℃的温度。

26.如权利要求19所述的装置，还包括温度感测装置，并且其中，所述扭转共振器的温度是在至少两个分离点处测量的，并且其中，所述测量结果用于得出腐蚀测量结果。

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