CN203838037U - 一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型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。本实用新型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。

Description

一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置，属于油气田开发的技术领域。

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/T 7901. 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：

$R=\frac{8.76\×{10}^7\×(M-M_1)}{\mathrm{STD}}---\left(i\right)$

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。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置。

本实用新型的技术方案如下：

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。

根据本实用新型优选的，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***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。

根据本实用新型优选的，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。

本实用新型的有点在于：

本实用新型提供了一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置及其应用。本实用新型的优点是装置的配气混合增压***，可以准确的模拟注烟气井下多元体系的成分组成，压力、温度也可以达到注烟气的参数，同时还可以模拟注烟气的流动条件。通过模拟井下管柱的实际腐蚀环境，可以测量不同条件下烟气对井下管柱的腐蚀速率。

附图说明

附图1是本实用新型测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置的结构示意图；

在图1中，

1、氮气气源；2、第一减压阀；3、第一气体质量流量计；4、第一进气阀；5、第一单向止回阀；

6、氧气气源；7、第二减压阀；8、第二气体质量流量计；9、第二进气阀；10、第二单向止回阀；

11、二氧化碳气源；12、第三减压阀；13、第三气体质量流量计；14、第三进气阀；15、第三单向止回阀；

16、混合增压容器；17、增压泵；18、电接点压力表；19、下排水阀；20、储水罐；

21、真空泵；22、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；23、压力表；24、放空阀；25、安全阀；26、真空表；27、所述真空表和模拟腐蚀环境的反应釜之间管路上的阀门；28、真空泵端的阀门；29、釜体侧壁上设置的温度传感器；30、釜体内设置的温度传感器；31、温度测量控制仪；32、电机；33、转速控制器；34、磁力传动装置；35、冷却水套；36、橡胶密封片；37、球阀；38、转子；39、挂片架；40、模拟腐蚀环境的反应釜；41、电加热套。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细的说明，但是不限于此。

如图1所示。

实施例1、

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40；

所述气源部包括氮气气源1、氧气气源6、二氧化碳气源11；

所述气体混合部包括混合增压容器16；

所述模拟腐蚀环境的反应釜40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32，所述实验旋转部件包括转子38和挂片架39，所述电机32包括转速控制器33和磁力传动装置34；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1通过第一进气阀4与混合增压容器16相连；所述氧气气源6通过第二进气阀9与混合增压容器16相连；所述二氧化碳气源11通过第三进气阀14与混合增压容器16相连；

所述混合增压容器16的出气口与所述模拟腐蚀环境的反应釜40进气口相连；

在所述混合增压容器16和模拟腐蚀环境的反应釜40之间的管路上设置有真空泵21和压力表23；

在所述压力表23和模拟腐蚀环境的反应釜40之间设置有放空阀24、安全阀25和真空表26；

在所述釜体外部设置有电加热套41；

在转子38的外部设置有冷却水套35；

在所述釜体的侧壁上设置有温度传感器29、釜体内设置有温度传感器30；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31相连。

所述混合增压容器16的增压泄压口设置有增压泵17、储水罐20，在所述混合增压容器16和增压泵17之间设置有下排水阀19和电接点压力表18。

实施例2、

如实施例1所述的一种测量烟气对井下管柱腐蚀速率的装置，其区别在于，所述氮气气源1与混合增压容器16之间的管路上顺次设置有第一减压阀2、第一气体质量流量计3和第一单向止回阀5；

所述氧气气源6与混合增压容器16之间的管路上顺次设置有第二减压阀7、第二气体质量流量计8和第二单向止回阀10；

所述二氧化碳气源11与混合增压容器16之间的管路上顺次设置有第三减压阀12、第三气体质量流量计13和第三单向止回阀15。

一种如实施例1、2所述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，将氮气气源、氧气气源和二氧化碳气源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；

(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，启动混合增压泵，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)如果步骤(5)中，所述氮气、氧气、二氧化碳的进气没有达到预设的分别加入量及混合总压力，则重复步骤(5)、(6)；

(8)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；

(9)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；

(10)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；

(11)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/T 16545-1996. 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：

$R=\frac{8.76\×{10}^7\×(M-M_1)}{\mathrm{STD}}---\left(i\right)$

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；M₁-腐蚀试验后的待测试样质量，单位：g；S-待测试样的总表面积，单位：cm²；T-腐蚀试验时间，单位：h；D-待测试样的材料密度，单位：kg/m³。

假设注烟气辅助稠油开采中的井下管柱腐蚀典型参数为：温度120℃、压力12MPa、流速3m/s。若注入烟气的成分：N₂-80％、CO₂-15％、O₂-5％、含水量1％、SO₂-50ppm。

模拟腐蚀环境的反应釜容积大小为2L，根据腐蚀参数和烟气成分，利用道尔顿分压定律和理想气体状态方程，计算得到各成分标准状况下的加入量：N₂-132.8L(标准状况下)、CO₂-33.8L(标准状况下)、O₂-8.4L(标准状况下)、H₂O-133mL、SO₂-8.3mL。

如所述的工作方法，所述步骤(4)中，加入模拟烟气成分的水133mL、SO₂气体8.3mL。

所述步骤(5)预设氮气、氧气和二氧化碳的加入量分别为N₂：132.8L、CO₂：33.8L、O₂：8.4L。

所述步骤(8)中的实验温度为120℃。

所述步骤(9)通过转速控制器设置电机转速300r/min。通过转速转换成试样所在半径对应的线速度约为3m/s，即可间接模拟介质的流动速度3m/s。

所述三路进气***，都与混合增压容器相连，根据烟气中N₂、CO₂和O₂含量的不同，N₂路进气的质量流量计3流量规格为5SLM，CO₂路进气的质量流量计8流量规格为1SLM，O₂路进气的质量流量计13流量规格为200SCCM。其中SLM(Standard Liter per Minute)是表示每分钟标准升；SCCM(Standard Cubic Centimeter per Minute)是表示每分钟标准毫升。

Claims (3)

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。