專利名稱：石油井下環境模擬實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于環境模擬實驗測試技術領域，具體地涉及一種模擬石油井下溫度、壓力、氣液介質等環境的實驗裝置，特別適合油田井下工具及其材料環境模擬實驗測試。
背景技術：
油田開發生產過程中，井下工具需承受石油井下溫度、壓力、氣液介質等環境的影響。因此，井下工具研發及質量檢測時需進行井下環境模擬實驗。發明人在實現本發明的過程發現，目前，井下環境模擬實驗對于多參數的動態模擬技術尚不完善，試驗介質仍停留在水或柴油等單一介質，無法模擬石油井下油水共混、氣液共存的實際工況。并且，傳統井下環境模擬實驗裝置受結構、材質及工藝等因素影響，耐腐蝕介質性能差，腔體清洗困難， 造成實驗裝置使用壽命短，無法實現試驗介質的更換，試驗成本高等問題。
發明內容
本發明的目的在于克服傳統石油井下環境模擬實驗裝置的諸多缺陷，提供一種新型石油井下環境模擬實驗裝置，以便能真實模擬石油井下溫度、壓力、氣液介質等環境，并延長實驗裝置使用壽命，方便操作，降低試驗成本。為達上述目的，本發明實施例提供了一種石油井下環境模擬實驗裝置，所述實驗裝置包括介質浸泡系統、溫度控制系統和壓力控制系統；所述溫度控制系統和壓力控制系統分別連接所述介質浸泡系統；所述介質浸泡系統包括浸泡釜和加熱缸，所述加熱缸圍繞所述浸泡釜并密封所述浸泡釜；所述溫度控制系統包括溫度控制器、加熱設備和溫度檢測器，所述加熱設備和所述溫度檢測器分別連接所述溫度控制器；所述加熱設備伸入到所述浸泡釜和所述加熱缸之間的空腔內，所述溫度檢測器伸入到所述浸泡釜內；所述壓力控制系統包括導氣裝置、比例加氣裝置、壓力控制器和壓力檢測器；所述導氣裝置的一端伸入到所述浸泡釜內，另一端連接所述比例加氣裝置，所述壓力檢測器和所述比例加氣裝置分別連接所述壓力控制器，所述壓力檢測器伸入到所述浸泡釜內。進一步地，所述加熱缸的外側還可以覆蓋一層保溫層。具體地，所述加熱設備可以包括導熱油加熱棒、加熱板、加熱管中的至少一個。進一步地，所述浸泡釜內壁上還可以覆蓋有納米陶瓷鍍膜層。優選地，所述納米陶瓷鍍膜層成型溫度低于200°C，厚度小于0. 01mm。具體地，所述溫度檢測器可以包括熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTDS)或者IC溫度傳感器。進一步地，所述浸泡釜上具有用于密封所述浸泡釜的缸蓋，以及與加熱缸相配合的飛邊，所述飛邊用于封閉所述加熱缸，所述浸泡釜與缸蓋之間通過螺栓連接固定。進一步地，所述實驗裝置還包括一導液管，插入至所述浸泡釜內。
具體地，所述壓力檢測器可以包括壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器或者光導纖維壓力傳感器。所述壓力控制系統還包括卸壓裝置，與所述浸泡釜和所述壓力控制器連接。具體地，所述卸壓裝置可以包括自動調節閥，用于在壓力控制器的控制下開啟， 以降低所述浸泡釜內的壓力。可選地，所述實驗裝置還包括一泄壓管，與所述自動調節閥相連接。進一步地，所述導液管還設置有一手動閥。本發明的有益效果在于本發明實現了石油井下溫度、壓力、氣液介質等環境的真實模擬。而且，本實驗裝置能夠通過改變溫度、壓力、液相組成、氣相組成，更換不同氣液介質來考察試驗樣品在相應環境下的性能。并實現了環境參數的動態控制，使模擬更符合真實工況。與此同時，浸泡釜內表面采用了納米陶瓷鍍膜技術進行處理，具有高強度、高硬度、 耐腐蝕、抗沾粘等特性，使得裝置耐腐蝕介質性能得到大幅提高，延長了實驗裝置使用壽命，而且裝置易于清洗，實現了試驗介質的更換方便，有效地降低了試驗成本。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例的石油井下環境模擬實驗裝置的總裝示意圖；圖2為本發明實施例的石油井下環境模擬實驗裝置的溫度控制系統示意圖；圖3為本發明實施例的石油井下環境模擬實驗裝置的壓力控制系統示意圖；圖4為本發明實施例的石油井下環境模擬實驗裝置浸泡釜內表面鍍膜示意圖。附圖標號1、保溫層；2、加熱缸；3、加熱設備；4、浸泡釜；5、納米陶瓷鍍膜層；6、溫度控制器； 7、缸蓋；8、溫度檢測器；9、導氣管；10、比例加氣裝置；11、壓力控制器；12、自動調節閥； 13、泄壓管；14、傳壓管；15、壓力檢測器；16、壓力表；17、導液管；18、手動閥。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明提供了一種石油井下環境模擬實驗裝置，能模擬石油井下溫度、壓力、氣液介質等環境，特別適合油田井下工具及其材料環境模擬實驗測試。圖1為本發明實施例的石油井下環境模擬實驗裝置的總裝示意圖；圖2為本發明實施例的石油井下環境模擬實驗裝置的溫度控制系統示意圖；圖3為本發明實施例的石油井下環境模擬實驗裝置的壓力控制系統示意圖；圖4為本發明實施例的石油井下環境模擬實驗裝置浸泡釜內表面鍍膜示意圖。請結合參閱圖1-圖4，該實驗裝置包括介質浸泡系
4統，溫度控制系統和壓力控制系統；所述溫度控制系統和壓力控制系統分別連接所述介質浸泡系統。上述介質浸泡系統包括浸泡釜4和加熱缸2，該加熱缸2圍繞浸泡釜4并密封浸泡釜4。其中，浸泡釜4用于容納實驗介質，可選地呈圓筒狀，浸泡釜4上可選地設置有缸蓋 7，用于密封該浸泡釜4，使其構成密封狀態；浸泡釜4的外側設置有加熱缸2，用于承裝導熱油，加熱缸2圍繞該浸泡釜4，在加熱缸2的外側可進一步覆蓋一層保溫層1，用來減少熱量損失，保證試驗溫度。進一步地，浸泡釜4帶有飛邊，與加熱缸2相配合，用于封閉該加熱缸 2。具體地，該浸泡釜4與缸蓋7之間可以通過螺栓連接固定。上述溫度控制系統包括溫度控制器6、加熱設備3和溫度檢測器8，溫度控制器6 分別與加熱設備3和溫度檢測器8連接。其中，在加熱缸2的一側還可設置有供加熱設備3 伸入的導孔，加熱設備3通過該導孔伸入到浸泡釜4與加熱缸2之間的加熱腔中。可選地， 加熱設備3可采用導熱油加熱棒、加熱板、加熱管中的至少一個。具體地，溫度檢測器8可以為熱敏傳感器或其它傳感器，如熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTDS)或者IC溫度傳感器等。該溫度檢測器8，用于檢測浸泡釜4內的溫度，并將檢測到的溫度反饋于溫度控制器6 ；溫度控制器6比較反饋的浸泡釜4的溫度與設定的溫度，控制加熱設備3停止加熱或啟動加熱，或者調節其加熱溫度，以便對浸泡釜4的溫度進行自動控制，使其溫度達到實驗所需的穩定溫度值。通過設置加熱設備3，溫度檢測器8，溫度控制器6，加熱缸2和保溫層1，實現了試驗所需溫度的動態控制與監測。上述壓力控制系統包括作為導氣裝置的導氣管9、比例加氣裝置10、壓力控制器 11和壓力檢測器15 ；其中，浸泡釜4缸蓋上還設置有導氣孔，用于插入導氣管9。導氣管9 的一端通過浸泡釜4的蓋子上的導氣孔插入到浸泡釜4內，另一端連接比例加氣裝置10 ； 壓力檢測器15和比例加氣裝置10分別連接壓力控制器11，該壓力檢測器15可選地通過傳壓管14或者直接插入到浸泡釜4內，以檢測浸泡釜4內的壓力，并將檢測到的壓力反饋于壓力控制器11。當壓力不夠需要加壓時，壓力控制器11控制比例加氣裝置10通過導氣管 9向浸泡釜4內注入某種氣體或按比例混合的混合氣體，例如為氮氣、空氣等。具體地，該壓力檢測器15可以采用壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器或者光導纖維壓力傳感器。可選地，該壓力控制系統還可進一步包括卸壓裝置，與浸泡釜4和壓力控制器11連接。可選地，該卸壓裝置包括自動調節閥12。當壓力超過設定值時，壓力控制器11控制自動調節閥 12打開，降低浸泡釜4內的壓力。進一步地，還可設置一個與自動調節閥12相連接的泄壓管13，用于提供自動調節閥12打開時，氣體排放所需通道。通過設置壓力檢測器15，壓力控制器11、比例加氣裝置10、自動調節閥12、傳壓管 14、壓力表16等，實現試驗所需壓力的動態控制與監測，以保證浸泡釜4內的壓力達到實驗所需的穩定的壓力值，并實現壓力的無級調節。進一步地，該比例加氣裝置10，不僅用于調壓，還可以用于向浸泡釜4注入S02、N2、 H2S等井下常見氣體，以模擬石油井下實際環境。通過注入上述氣體，可以改變浸泡釜4內的氣相組成。進一步地，介質浸泡系統還包括一導液管17，伸入至浸泡釜4內，用于介質的實時取樣，進行測試分析，考察某一具體環境對井下工件的影響。另外，該導液管17還可用于向
5浸泡釜4導入特定的液體，從而可改變浸泡釜4內的液相組成，真實模擬石油井下實際環境。此外，導液管17上還設置有一手動閥18，當手動閥18開啟時，允許取樣或注入液體。通過設置導液管17、手動閥18、導氣管9、比例加氣裝置10等，實現了氣液介質的加入、取樣及更換。進一步地，浸泡釜4的內壁上還覆蓋有一層納米陶瓷鍍膜層5，較佳地，該納米陶瓷鍍膜層成型溫度低于200°C，厚度小于0. 01mm。本發明實施例在浸泡釜內表面采用了納米陶瓷鍍膜技術，使內表面強度、硬度、耐磨性能、防腐性能有效提升，同時納米陶瓷顆粒在金屬表面上產生荷葉效應，金屬表面產生低表面張力，使得浸泡釜內表面具有很好的抗沾粘特性，易于清洗，方便試驗介質的更換。以下描述本發明實施例的石油井下環境模擬實驗裝置的工作過程及工作原理按照試驗要求的酸堿度、礦化度和組分，配制好液相浸泡介質，打開浸泡釜4上方的缸蓋7，將浸泡介質放入浸泡釜4中，再將待測樣品放入該介質中，并加缸蓋7，放墊圈，上緊緊固螺栓；連接好控制柜(壓力控制器11，溫度控制器6)，并啟動，設定所需的壓力和溫度，試驗過程中，所述溫度控制系統和所述壓力控制系統實現浸泡釜中溫度、壓力的自動調節；如果需要加配氣體，需在比例加氣裝置10中按比例配制，并通過比例加氣裝置10從導氣管9輸入；最后進行試驗。本發明實施例在設計和制造中采用了特殊的結構和材料，使得石油井下環境模擬實驗裝置可以通過更換不同的試驗樣品和試驗介質組成來考察各種材質樣品(如金屬材料，高分子材料，無機材料等)在一定溫度(0 350°c )，一定壓力(0 20MPa)下，于各種試驗介質(如原油、酸液、堿液、各種溶劑、H2S等氣液介質)中的性能。本設備主要用于石油行業中模擬油田井下環境。本發明實施例的有益效果是本試驗儀能夠通過改變溫度、壓力、介質酸堿度和礦化度、介質種類和組成來考察試驗樣品在相應環境下的性能。并實現了環境參數的動態控制，使模擬更符合真實工況。而且浸泡釜內表面經過處理具有強度高、硬度高、耐腐蝕等特性，利于更換介質、利于清洗。以上實施例僅用以說明本發明實施例的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明實施例進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述實驗裝置包括介質浸泡系統、 溫度控制系統和壓力控制系統；所述溫度控制系統和所述壓力控制系統分別連接所述介質浸泡系統；所述介質浸泡系統包括浸泡釜和加熱缸，所述加熱缸圍繞所述浸泡釜并密封所述浸泡釜；所述溫度控制系統包括溫度控制器、加熱設備和溫度檢測器，所述加熱設備和所述溫度檢測器分別連接所述溫度控制器；所述加熱設備伸入到所述浸泡釜和所述加熱缸之間的空腔內，所述溫度檢測器伸入到所述浸泡釜內；所述壓力控制系統包括導氣裝置、比例加氣裝置、壓力控制器和壓力檢測器；所述導氣裝置的一端伸入到所述浸泡釜內，另一端連接所述比例加氣裝置，所述壓力檢測器和所述比例加氣裝置分別連接所述壓力控制器，所述壓力檢測器伸入到所述浸泡釜內。
2.根據權利要求1所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述加熱缸的外側還覆蓋一層保溫層。
3.根據權利要求1所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述加熱設備包括導熱油加熱棒、加熱板、加熱管中的至少一個。
4.根據權利要求1所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述浸泡釜內壁上覆蓋有納米陶瓷鍍膜層。
5.根據權利要求4所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述納米陶瓷鍍膜層成型溫度低于200°C，厚度小于0. 01mm。
6.根據權利要求1所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述溫度檢測器包括熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器RTDS或者IC溫度傳感器。
7.根據權利要求1所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述浸泡釜上具有用于密封所述浸泡釜的缸蓋，以及與加熱缸相配合的飛邊，所述飛邊用于封閉所述加熱缸，所述浸泡釜與缸蓋之間通過螺栓連接固定。
8.根據權利要求1所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述實驗裝置還包括一導液管，插入至所述浸泡釜內。
9.根據權利要求1所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述壓力檢測器包括壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器或者光導纖維壓力傳感器。
10.根據權利要求1所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述壓力控制系統還包括卸壓裝置，與所述浸泡釜和所述壓力控制器連接。
11.根據權利要求10所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述卸壓裝置包括自動調節閥，用于在壓力控制器的控制下開啟，以降低所述浸泡釜內的壓力。
12.根據權利要求11所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述實驗裝置還包括一泄壓管，與所述自動調節閥相連接。
13.根據權利要求8所述的石油井下環境模擬實驗裝置，其特征在于，所述導液管還設置有一手動閥。
全文摘要
本發明提供一種石油井下環境模擬實驗裝置，包括介質浸泡系統、溫度控制系統和壓力控制系統；溫度控制系統和壓力控制系統連接介質浸泡系統；介質浸泡系統包括浸泡釜和加熱缸，加熱缸圍繞浸泡釜并密封浸泡釜；溫度控制系統包括溫度控制器、加熱設備和溫度檢測器，加熱設備和溫度檢測器連接溫度控制器；加熱設備伸入到浸泡釜和加熱缸之間的空腔內，溫度檢測器伸入到浸泡釜內；壓力控制系統包括導氣裝置、比例加氣裝置、壓力控制器、壓力檢測器；導氣裝置的一端伸入到浸泡釜內，另一端連接比例加氣裝置，壓力檢測器和比例加氣裝置連接壓力控制器，壓力檢測器伸入浸泡釜內。該裝置實現了石油井下溫度、壓力、氣液介質等環境的真實模擬。
文檔編號G01N33/00GK102384957SQ201110241200
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月22日 優先權日2011年8月22日
發明者丁磊, 劉衛紅, 劉玉文, 周賀, 姜紅梅, 姜韋韋, 曲玉辰, 曹建, 朱富林, 李國玉, 李彪, 杜曉峰, 王今宇, 王昊, 田播源, 趙鋒, 鄭亮, 郭靜, 陳健, 黃盛華 申請人:中國石油天然氣股份有限公司