一種在模擬井下套管外壁腐蝕環境中檢測犧牲陽極電化學性能的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種檢測犧牲陽極性能的裝置，尤其設及在模擬井下套管外壁腐 蝕環境中檢測犧牲陽極電化學性能的裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著油氣田開發時間的延長，套管損耗問題日益突出，對油田開采造成直接影響， 嚴重制約了油氣田穩產和可持續發展。其中針對因電化學腐蝕造成的套管外壁破損，犧牲 陽極陰極保護是一種最經濟有效的防腐措施。
[0003]陽極材料電化學性能直接決定了陰極保護效果，陽極材料能否大規模應用在現場 復雜地層環境，需要進行模擬評價驗證，但目前現有評價犧牲陽極材料電化學性能的試驗 方法主要采用《GB/T17848-1999犧牲陽極電化學性能試驗方法》中設及的恒電流法，腐蝕 介質主要是人造海水，試驗溫度為15~30°C，實際生產中套管外壁接觸的地層環境更復 雜，除地層水還包括未被水泥封固的空井段、鹽膏層、表層±壤等腐蝕介質，且隨井深增加 地層溫度逐漸升高，目前使用的國標測試方法不能完全滿足試驗要求。
[0004]因此急需提供一種方案，能滿足在模擬井下套管外壁腐蝕環境中對犧牲陽極材料 電化學性能的檢測成為有待解決的問題。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型提供一種在模擬井下套管外壁腐蝕環境中檢測犧牲陽極電化學性能 的裝置，能在模擬井下套管外壁腐蝕環境中對犧牲陽極材料電化學性能進行檢測，進而為 確定所述犧牲陽極對石油套管的有效保護距離提供數據支持。
[0006] 本實用新型提供的一種在模擬井下套管外壁腐蝕環境中檢測犧牲陽極電化學性 能的裝置，包括：
[0007] 檢測槽，W及由所述犧牲陽極連接至少一個石油套管所形成的待檢測套管，所述 石油套管長度方向的外壁上間隔設置有多個測試粧，所述測試粧的材質與所述石油套管的 材質相同，所述測試粧與所述石油套管的外壁通過焊接方式連接；
[0008] 所述檢測槽內還容置有沒過該待檢測套管并低于所述測試粧頂端至少2cm的腐 蝕介質；
[0009] 所述檢測槽底部還設置有用于控制所述裝置溫度的控溫裝置。
[0010] 進一步的，所述待檢測套管通過設置在所述檢測槽底部的固定裝置固定在所述檢 測槽底部。
[0011] 更進一步的，所述犧牲陽極為國標侶陽極、國標鋒陽極或侶合金。
[0012] 更進一步的，所述犧牲陽極W陽極短節的形式設置在所述套管上。
[0013] 更進一步的，所述檢測槽的材質為聚丙締、玻璃鋼或耐腐蝕金屬板。
[0014] 在本發明的又一個【具體實施方式】中，所述腐蝕介質為模擬井下腐蝕環境中的地層 水、固井水泥環、軟泥層或鹽膏層。
[0015] 更進一步的，所述檢測槽的底部和側壁的厚度可W為20-30mm。為了保證檢測槽的 強度，也可W在該檢測槽的底部和側壁添加加強件進行加固。
[0016] 更進一步的，所述檢測槽的尺寸設計為至少能容納一個符合API標準的套管（例 如：外徑：177. 8mm、壁厚：10. 36mm、長度：11. 36m)和固定連接在其一端的陽極短節（例如： 外徑201mm、長度：50cm)。通常的檢測裝置僅為單獨檢測陽極短節電化學性能的裝置，而且 采用的腐蝕介質為常溫海水，不能真實反應套管和陽極短節的真實井下工作狀態和工作環 境下，陽極短節對套管的保護作用。
[0017] 更進一步的，所述測試粧分別在所述石油套管長度方向的外壁上距離所述陽極短 節的邊緣50cm、100cm、200cm、300cm、500cm、800cm和1000 cm的位置處設置，本實用新型W 上述距離設置測試粧能基本覆蓋整個長度的套管。
[0018] 更進一步的，所述控溫裝置用于控制所述電化學性能的檢測過程在特定的溫度下 進行，尤其是在模擬井下環境的真實溫度條件下進行。
[0019] 更進一步的，在本實用新型的裝置中，所述檢測槽可W平行設置多個，可W實現同 時進行多組檢測試驗。例如同時建立多種模擬腐蝕介質環境，在相同溫度條件下（或變化 的溫度條件下），同時進行多組腐蝕試驗，使獲得的測試數據更具有參考價值。
[0020] 本實用新型提供的在模擬井下套管外壁腐蝕環境中檢測犧牲陽極電化學性能的 裝置的使用方法如下：
[0021] 將所述待檢測套管放置于檢測槽內；
[0022] 向檢測槽內倒入腐蝕介質，該腐蝕介質沒過該待檢測套管并低于所述測試粧頂端 至少2cm;
[0023] 測定各測試粧處的電極電位。
[0024] 在本實用新型的方案中，所述檢測槽的底部和側壁均由可W由加工性能優異的耐 腐蝕材料制成，例如聚丙締、玻璃鋼，耐腐蝕金屬板等，只要能滿足檢測過程中對檢測槽的 耐腐蝕性，承壓性，耐高溫（〉100°c)性的需求即可。進一步的，為使檢測數據更加真實反映 待檢測套管犧牲陽極的電化學性能，所述檢測槽的材料為聚丙締。在本實用新型的方案中， 檢測犧牲陽極電化學性能是指在模擬井下套管外壁腐蝕環境中，檢測距離犧牲陽極不同距 離處的套管表面的電極電位的變化數據，本領域技術人員可W根據套管表面不同位置處電 極電位的變化來判斷所述犧牲陽極對石油套管的有效保護距離。
[0025] 進一步的，在本實用新型的方案中，可W根據W下公式得出陽極對套管的保護距 離：
[0027]上式中：AVmw--石油套管表面上M，N兩點之間距離上電壓降的平均值，單位V;
[002引D----套管的直徑，單位mm;
[0029] d-----套管的壁厚，單位mm;
[0030] Po-----套管金屬的電阻率，單位Q?m;
[0031]Ia-----套管最小保護電流密度，單位mA/m2;
[0032] 其中，套管金屬的電阻率P。可根據鋼型查常用材質電阻率表得知，iA查陰極保護 工程手冊得出。M，N兩點之間的距離可W根據實際情況選擇，通常情況下越小越好，得出的 L值更準確。在本實用新型的方案中M，N兩點之間的距離可W例如是50cm。
[0033] 在本實用新型的方案中，所述犧牲陽極可W是W本領域常規方式設置在石油套管 上的犧牲陽極，例如所述犧牲陽極W陽極短節的形式設置在所述套管上。進一步的，所述 犧牲陽極可W為國標侶陽極或國標鋒陽極，也可W是在所述國標侶陽極或國標鋒陽極基礎 上，改變陽極材料成分及配比形成的新型陽極材料，本實用新型的方案可用于檢測本領域 常規使用的各種犧牲陽極對石油套管的保護效果。在本實用新型的方案中對該犧牲陽極與 石油套管的連接方式沒有特殊限制，可W是本領域常規的連接方式，例如螺紋連接、螺絲固 定等連接方式。該犧牲陽極既可W連接在套管的一端，也可W連接在套管的中間部分。在 本實用新型的一個【具體實施方式】中，為了最終評估該犧牲陽極對套管的最長保護半徑，優 選的可W將該犧牲陽極短節固定在所述套管的一端。
[0034] 本實用新型方案中的腐蝕介質為模擬井下套管外壁腐蝕環境中的腐蝕介質，例如 地層水、固井水泥環、軟泥層或鹽膏層，所述腐蝕介質化學成分與井下套管外壁腐蝕環境中 實際存在的地層水、固井水泥環、軟泥層或鹽膏層中的化學成分基本一致。
[0035] 進一步的，在本實用新型的方案中，所述待檢測套管通過設置在所述檢測槽底部 的固定裝置固定。通過向所述檢測槽內加入水泥W形成固井水泥環。采用水泥固化可W 在所述待檢測套管放入檢測槽之后進行實施，也可W先倒入水泥，再將待檢測套管浸入水 泥中并使水泥固化的方式實現，本領域技術人員可W根據需要選擇先后順序。在真實的井 下操作環境中，通常在放置套管后需要在套管與井壁之間填裝水泥進行固定，該水泥可完 全封閉該套管，在起到固定作用的同時也能起到防止套管被地層水腐蝕的效果，但實際作 業中發現，存在部分井段未被水泥封固的情況，未封固井段與地層水接觸引起腐蝕。因此， 本申請的方案也針對運種情況進行了研究，在運種模擬井下環境中對犧牲陽極性能進行檢 。檢測過程中，水泥封固套管后，要保持測試粧露出水泥適當的高度。并在水泥密封后， 向檢測槽內倒入腐蝕介質，所述腐蝕介質可W是套管外壁腐蝕環境中存在模擬地層水。
[0036] 本實用新型的裝置能在不同溫度下，例如在20-80°C范圍內，實現對所述犧牲陽極 的電化學性能的檢測。由于井下作業過程中，隨著深度的增加，溫度逐漸升高，一般每100 米溫度上升：TC左右，本實用新型的裝置能更真實的反應井下腐蝕環境。當然本領域技術人 員可W根據采用的犧牲陽極的耐溫性能，W及套管的入井深度，對上述溫度范圍進行適當 的調整。
[0037] 在本實用新型的裝置中，通常所述測試粧處的電極電位可W在浸入腐蝕介質后一 周左右開始測量，之后例如可W每7-10天測量一次，持續2-8個月。該測試過程使用的參比 電極可W為化/化S〇4參比電極，檢測所述電極電位可W采用近參比法進行，測量過程中所 述參比電極通常靠近所要測量電極電位的測試粧，接觸或靠近所述石油套管的外壁放置。 當然本領域技術人員也可W根據所要檢測的套管、犧牲陽極W及腐蝕介質的不同，根據需 要決定測量頻率或測量周期，但通常需要在檢測體系穩定之后，即犧牲陽極向腐蝕介質中 穩定釋放離子之后，持續測量一定時間來獲得比較可靠的數據。
[0038] 本實用新型提供的方案具有W下優點：
[0039] I)在本實用新型裝置中具有可容納至少一個套管和固定連接在其一端的陽極短 節的檢測槽，解決了通常的檢測裝置僅為單獨檢測陽極短節電化學性能的裝置，而且采用 的腐蝕介質為常溫海水，不能真實模擬套管和陽極短節的真實工作狀態，W及不能獲得井 下真實工作環境下陽極短節對套管的有效保護距離、最長保護年限等數據的問題；
[0040] 2)在本實用新型的方案中檢測槽可平行設置多個，可W針對多種模擬腐蝕介質 (例如地層模擬水、表層±壤、固井水泥、鹽膏層），在相同或不同溫度條件下，同時進行多 組腐蝕試驗，使獲得的測試數據更具有參考價值；
[0041] 3)本實用新型的方案解決了現有測試方案在檢測套管犧牲陽極性能的過程不能 模擬套管犧牲陽極的真實使用環境，存在引起測量誤差因素，不能準確測定套管外壁陽極 在井下腐蝕環境中的電化學性能的問題。
【附圖說明】
[0042] 圖1本實用新型的在模擬井下套管外壁腐蝕環境中檢測犧牲陽極電化學性能的 裝置的示意圖。
[0043] 圖2測量各測試粧處的電極電位的示意圖。
[0044] 圖3為20°C模擬地層水環境套管電極電位變化曲線。
[0045] 圖4為20°C模擬軟泥層環境套管電極電位變化曲線。
[0046]圖5為20°C模擬固井水泥環+地層水環境套管電極電位變化曲線。
[0047] 圖6為20°C模擬鹽膏層環境套管電極電位變化曲線。
[004引圖7為80°C模擬地層水環境套管電極電位變化曲線。
[0049] 圖8為80°C模擬軟泥層環境套管電極電位變化曲線。
[0050] 圖9為80°C模擬固井水泥環+地層水環境套管電極電位變化曲線。
[0051] 圖10為80°C