氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置制造方法

氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及油氣田腐蝕研究領域，特別涉及一種氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，適用于油氣田生產系統氣液兩相流對油管在模擬工況條件下的掛片腐蝕實驗以及原位腐蝕電化學測試。本發明采用在水平管路內設置實驗測試模塊，利用電化學工作站和三電極電化學腐蝕測量裝置，對實驗裝置模擬的油氣田高溫高壓流體進行環路腐蝕實驗，以獲得流動加速腐蝕失重和形貌特征，同時監測工作電極在模擬高溫高壓流體中的“原位”電化學信號，進而掌握氣液兩相流環路的腐蝕行為和機理。
【專利說明】氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于油氣田腐蝕研究領域，特別涉及一種氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，適用于油氣田生產系統氣液兩相流對油管在模擬工況條件下的掛片腐蝕實驗以及原位腐蝕電化學測試。
【背景技術】
[0002]在油氣田工業生產中，油井產出物多為氣液兩相甚至多相混合物，通過地面管道集輸到集油站或聯合處理站。氣液兩相混輸技術在油氣生產中隨處可見，具有簡化工藝、降低基建投資、增加油氣產量等優點，是油氣集輸與儲運領域最具挑戰性和發展潛力的技術。然而，通常在油氣混輸過程中，油藏氣相介質往往含有C02、H2S等氣體或者在油氣開發提高采收率時利用CO2驅油技術而在采出過程中攜帶出的CO2氣體，其溶解液相后帶有嚴重腐蝕性；另外，隨著采油中后期，CO2和水的含量會逐漸增加，也導致采出液腐蝕性加強。模擬腐蝕工況環境下材料的腐蝕規律和機理往往不同于室溫常壓環境下試驗得到的腐蝕規律和機理，過去研究氣液兩相流或多相流的腐蝕行為、特征和機理時往往利用旋轉圓盤實驗裝置、沖擊射流實驗裝置、高溫高壓反應釜來完成，這與實際油氣生產過程中氣液兩相流水動力性質有顯著差別，同時利用常規電化學工作站進行的腐蝕電化學測試也不能按照模擬工況條件來進行，從而影響了氣液兩相流流動加速腐蝕研究數據的精確性和實際參考價值。

【發明內容】

[0003]為解決現有技術所采用的實驗裝置所模擬的工況條件與實際生產中的氣液兩相流水動力性質存在明顯差異，導致研究數據的精確性和實際參考價值降低等缺陷，本發明提供一種氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，在水平管路內設置實驗測試模塊，利用電化學工作站和三電極電化學腐蝕測量裝置，對實驗裝置模擬的油氣田高溫高壓流體進行環路腐蝕實驗，以獲得流動加速腐蝕失重和形貌特征，同時監測工作電極在模擬高溫高壓流體中的“原位”電化學信號，進而掌握氣液兩相流環路的腐蝕行為和機理。
[0004]本發明通過如下技術方案實現:
一種氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，包括氣相流管路、液相流管路和氣液兩相流混合管路；其中氣相流管路通過管線依次連接有儲氣罐、控制閥一、氣體穩壓罐、氣體調節閥、氣體流量計和氣液混合器；液相流管路通過管線依次連接有儲液罐、控制閥三、主液泵、液體調節閥一、液體流量計、控制閥四和氣液混合器；氣液兩相流混合管路通過管線依次連接有氣液混合器、實驗測試模塊、控制閥二和儲液罐；儲液罐上安裝有電加熱器。
[0005]進一步的，實驗測試模塊包括電化學工作站、信息采集系統和三電極電化學腐蝕測量裝置，信息采集系統通過信號傳導線與電化學工作站相連，三電極電化學腐蝕測量裝置安裝在實驗測試模塊管路側壁的孔內，并通過信號傳導線與電化學工作站的對應接口相連。
[0006]進一步的，三電極電化學腐蝕測量裝置的數目至少為兩個，均勻布置在實驗測試模塊管路上，并分別與電化學工作站的對應接口相連，測試實驗測試模塊內的電流、電位等數據。
[0007]進一步的，三電極電化學腐蝕測量裝置包括工作電極組件、輔助電極組件和Ag/AgCl參比電極組件，三個電極組件通過金屬支座固定在實驗測試模塊管路側壁的孔內，并在金屬支座上呈倒錐體布置，相對金屬支座端面的圓心中心對稱，金屬支座的內表面與管道內壁密封平齊；工作電極組件、輔助電極組件和Ag/AgCl參比電極組件的結構相同，均采用電極通過膠粘鑲嵌在絕緣固定件內，并用壓蓋螺帽將絕緣固定件固定在金屬支座上；圓柱鋼棒依次穿過壓蓋螺帽和絕緣固定件與電極上表面接觸，圓柱鋼棒外表面附有絕緣涂層或套有絕緣空心套管，其頂端通過螺母緊固，并通過信號傳導線與電化學工作站的對應接口相連。
[0008]進一步的，壓蓋螺帽分別與螺母和絕緣固定件之間的圓柱鋼棒上還套有圓環密封圈。
[0009]上述任一技術方案中實驗裝置的氣液兩相流混合管路末端的儲液罐還通過管線依次與控制閥六和余氣處理裝置連接。
[0010]進一步的，本發明還包括液相流補充管路，通過管線依次連接有補充液罐、控制閥五、輔助液泵和液體調節閥二，液體調節閥二通過管線與氣液兩相流混合管路中控制閥二與儲液罐之間的管線連通。
[0011]進一步的，儲氣罐和補充液罐還分別連有氣體補充閥和液體補充閥，氣體穩壓罐和儲液罐還分別連有排氣閥和排液閥。
[0012]進一步的，電加熱器加熱后氣液兩相流環路管線內的溫度為2(T60 °C，氣液兩相流充分混合后管路內的壓力為廣5 atm,氣體流速為0-5 m/s,液體流速為O~2 m/s。
[0013]進一步的，實驗測試模塊內的管路內徑為30 mm,電極的尺寸為Φ15 mm X 5 mm或 ΦIOmm X 5 mm。`
[0014]本發明采用在水平管路內設置實驗測試模塊，利用電化學工作站和三電極電化學腐蝕測量裝置，對實驗裝置模擬的油氣田高溫高壓流體進行環路腐蝕實驗，以獲得流動加速腐蝕失重和形貌特征，同時監測工作電極在模擬高溫高壓流體中的“原位”電化學信號，進而掌握氣液兩相流環路的腐蝕行為和機理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實驗裝置的連接示意圖；
圖2為本發明中實驗測試模塊的連接示意圖；
圖3為本發明中三電極電化學腐蝕測量裝置的安裝布置示意圖；
圖4為圖3中金屬支座的俯視圖。
[0016]其中，1:氣體補充閥；2:儲氣罐；3:控制閥一 ；4:排氣閥；5:氣體穩壓罐；6:氣體調節閥；7:氣體流量計；8:管線；9:氣液混合器；10:實驗測試模塊；11:控制閥二 ；12:儲液罐；13:電加熱器；14:排液閥；15:控制閥三；16:主液泵；17:液體調節閥一 ；18:液體流量計；19:控制閥四；20:液體調節閥二 ；21:輔助液泵；22:控制閥五；23:補充液罐；24:液體補充閥；25:控制閥六；26:余氣處理裝置；27:電化學工作站；28:信息采集系統；29:信號傳導線；30:三電極電化學腐蝕測量裝置；31:金屬支座；32:電極；33:絕緣固定件；34:圓環形密封圈；35:壓蓋螺帽；36:螺母；37:圓柱鋼棒；38:工作電極組件；39:輔助電極組件；40:Ag/AgCl參比電極組件;A:氣液兩相流方向。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0018]本發明提供一種氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，參照圖1所示，包括氣相流管路、液相流管路和氣液兩相流混合管路；其中氣相流管路通過管線依次連接有儲氣罐2、控制閥一 3、氣體穩壓罐5、氣體調節閥6、氣體流量計7和氣液混合器9 ;液相流管路通過管線依次連接有儲液罐12、控制閥三15、主液泵16、液體調節閥一 17、液體流量計18、控制閥四19和氣液混合器9 ;氣液兩相流混合管路通過管線依次連接有氣液混合器9、實驗測試模塊
10、控制閥二 11和儲液罐12 ;儲液罐12上安裝有電加熱器13。
[0019]根據實驗流程，首先打開控制閥三15，經電加熱器13加熱控制到一定實驗溫度的液體介質從儲液罐12中流出后，經由主液泵16提供壓力進行泵液，經液體調節閥一 17調節流量，并由液體流量計18進行測量，然后經控制閥四19流入氣液混合器。與此同時，打開控制閥一 3，氣體介質從儲氣罐2中靠自身壓力排放出氣體介質，并通入氣體穩壓罐5經穩壓后，打開其后的氣體調節閥6，氣體介質經氣體流量計7測量后流至氣液混合器9。此時，氣液兩相在氣液混合器9中混合，形成油氣田地層下高溫高壓氣液兩相混合的模擬環境。氣液兩相實驗介質充分混合后，經由管線進入實驗測試模塊10進行相關的腐蝕測試。之后經控制閥二 11進入儲液罐12中，其中，液體介質將循環使用。本發明采用水平管路模擬油氣田地層下高溫高壓氣液兩相混合狀態，進行環路腐蝕實驗，更貼近油氣實際生產工況，包括介質流態和介質流動性等，能夠更真實精確的反映腐蝕數據。
[0020]如圖2所示，上述實驗測試模塊包括電化學工作站27、信息采集系統28和三電極電化學腐蝕測量裝置30，信息采集系統28通過信號傳導線29與電化學工作站27相連，至少兩套三電極電化學腐蝕測量裝置30均勻安裝在實驗測試模塊10中管路側壁的孔內，并通過信號傳導線29分別與電化學工作站27的對應接口相連。其中，電化學工作站27可采用常規電化學儀器，如美國EG&G生產的M237A恒電位儀和M5210鎖相放大器；信息采集系統28為與計算機和電化學工作站27配套使用的數據收集分析軟件，如M352電化學測試軟件及分析軟件ZsimWin ；每個三電極電化學腐蝕測量裝置30可以同時或按不同時段對試樣進行腐蝕測試，如開路電位、線性極化、動電位極化或循環極化等，從而獲得同一時段不同位置或不同時間段試樣腐蝕過程中的腐蝕電位、腐蝕電流密度、陰極斜率和陽極斜率，甚至點蝕電位等參數。
[0021]當整個環路系統開啟穩定后，開啟電化學工作站27和信息采集系統28，三電極電化學腐蝕測量裝置30將會開始進行電位、極化、阻抗等測試，信息采集系統28即可收到開路電位、極化曲線、阻抗譜等數據。
[0022]如圖3、圖4所述，上述三電極電化學腐蝕測量裝置30包括工作電極組件38、輔助電極組件39和Ag/AgCl參比電極組件40，三個電極組件通過金屬支座31固定在實驗測試模塊10管路側壁的孔內，并在金屬支座31上呈倒錐體布置，相對金屬支座31端面的圓心中心對稱,金屬支座31的內表面與管道內壁密封平齊。
[0023]其中，工作電極是實驗測試所用的試樣及發送反應數據的場所。參比電極作為基準用來測量其他電極的過電位，而Ag/AgCl在較高壓力環境下具有較好穩定性，目前其他參比電極一般很難實現。輔助電極通過電流實現對電極極化的研究。
[0024]工作電極組件38、輔助電極組件39和Ag/AgCl參比電極組件40的結構相同，均采用電極32通過膠粘鑲嵌在絕緣固定件33內，并用壓蓋螺帽35將絕緣固定件33固定在金屬支座31上。采用絕緣固定件33和壓蓋螺帽35配合固定電極32，能夠保證穩定測試、測試曲線平、提高腐蝕結果的精確性，而且方便安裝電極32。絕緣固定件33可以采用合成塑料橡膠樹脂類物質，如聚四氟或聚乙烯等。圓柱鋼棒37依次穿過壓蓋螺帽35和絕緣固定件33與電極32上表面接觸，用來傳輸電極32上的信號響應。圓柱鋼棒37外表面附有絕緣涂層或套有絕緣空心套管，如聚乙烯樹脂等，以防圓柱鋼棒37與金屬支座31等其他金屬件接觸，避免反饋的信號不真實。圓柱鋼棒37頂端通過螺母36緊固，并通過信號傳導線29與電化學工作站27的對應接口相連。
[0025]另外，壓蓋螺帽35分別與螺母36和絕緣固定件33之間的圓柱鋼棒37上還套有圓環密封圈34，保證三電極電化學腐蝕測量裝置30內的密封性。
[0026]在上述實施例的基礎上，氣液兩相流混合管路末端的儲液罐12還通過管線依次與控制閥六25和余氣處理裝置26連接。進入儲液罐12的余氣可以經控制閥六25進入余氣處理裝置26進行相關處理，以此降低儲液罐12中的壓力，保證儲液罐12中的氣體介質能夠盡可能地被釋放。所述余氣處理裝置26用于收集儲液罐12排出的尾氣，可采用密封的立方容器，容器內盛放有易吸收該尾氣的溶液。
[0027]同時，本發明還包括液相流補充管路，通過管線依次連接有補充液罐23、控制閥五22、輔助液泵21和液體調節閥二 20，液體調節閥二 20通過管線與所述氣液兩相流混合管路中控制閥二 11與儲液罐12之間的管線連通。儲氣罐2和補充液罐23還分別連有氣體補充閥I和液體補充閥24，氣體穩壓罐5和儲液罐12還分別連有排氣閥4和排液閥14。當儲液罐12中的實驗液體介質使用一定時間后，可以借助排液閥14進行排放，然后再打開液相流補充管路中的控制閥五22，補充液罐23中的液相介質通過輔助液泵21泵送，并經液體調節閥二 20調節流量后補充入儲液罐12。補充液罐23中的液相介質可由外置液源經液體補充閥24得到補充。而儲氣罐2中的氣體介質則可由外置氣源經氣體補充閥I得到補充。最后，當需要更換其他實驗介質時，則可先通過儲液罐12和儲氣罐2的排放閥4和14進行排放，然后再往罐體加入所需的實驗氣體和液體介質即可。
[0028]此外，本發明中的電加熱器13可控制氣液兩相流環路管線內的液體溫度保持在2(T60 0C0由于不同油田、不同區塊的井下溫度差異很大，有的幾十度，有的一百多度，此處選擇2(T60 °C模擬井下溫度的平均水平。同時，氣液兩相流充分混合后管路內的壓力為1~5 atm，即0.1~0.5 Mpa。由于實驗期間要求管線內保持穩定的信號傳遞，故將壓力范圍設在此范圍，保證實驗數據的準確性。
[0029]其中，管線內氣體流速為0-5 m/s，液體流速為O~2 m/s，實驗時，可根據需要調整氣液兩相流的流速關系，依次來研究不同氣液流速對腐蝕的影響。
[0030]另外，實驗測試模塊10內的管路內徑為30 mm，便于三電極電化學腐蝕測量裝置30在管壁上的安裝和整體布局。三電極電化學腐蝕測量裝置30中的電極32尺寸為Φ15mm X 5 mm或ΦΙΟι?πι X 5 mm,與實驗測試模塊10內的管路配合使用，便于電極32在金屬支座31上的安裝和排布，保證三電極組件之間處于合理的距離，確保實驗數據的準確性。[0031]在試驗開始前，先準備儲液罐12和儲氣罐2內的液體和氣體，檢查閥門和泵安全性，再檢查各循環管路的氣密性以及電加熱器13。當一切正常無誤后，開始打開運行整個環路的兩相流，使得環路管線內的氣體壓力、液體溫度及流動速度達到試驗要求。之后，將連接好的三電極電化學腐蝕測量裝置30連接到電化學工作站27和信息采集系統28，然后根據實驗要求開啟信息采集系統28的軟件，從而獲得試樣(即工作電極)在不同時間段腐蝕的實時狀況，從而掌握不同工況下的腐蝕行為及規律。
[0032]本實施例沒有詳細敘述的部件和結構屬本行業的公知部件和常用結構或常用手段，這里不一一敘述。
【權利要求】
1.氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，其特征在于，包括氣相流管路、液相流管路和氣液兩相流混合管路；其中所述氣相流管路通過管線依次連接有儲氣罐、控制閥一、氣體穩壓罐、氣體調節閥、氣體流量計和氣液混合器；所述液相流管路通過管線依次連接有儲液罐、控制閥三、主液泵、液體調節閥一、液體流量計、控制閥四和氣液混合器；所述氣液兩相流混合管路通過管線依次連接有氣液混合器、實驗測試模塊、控制閥二和儲液罐；所述儲液罐上安裝有電加熱器。
2.根據權利要求1所述的氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述實驗測試模塊包括電化學工作站、信息采集系統和三電極電化學腐蝕測量裝置，所述信息采集系統通過信號傳導線與電化學工作站相連，所述三電極電化學腐蝕測量裝置安裝在實驗測試模塊管路側壁的孔內，并通過信號傳導線與電化學工作站的對應接口相連。
3.根據權利要求2所述的氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述三電極電化學腐蝕測量裝置的數目至少為兩個，均勻布置在實驗測試模塊管路上，并分別與電化學工作站的對應接口相連,測試實驗測試模塊內的電流、電位數據。
4.根據權利要求3所述的氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述三電極電化學腐蝕測量裝置包括工作電極組件、輔助電極組件和Ag/AgCl參比電極組件，三個電極組件通過金屬支座固定在實驗測試模塊管路側壁的孔內，并在金屬支座上呈倒錐體布置，相對金屬支座端面的圓心中心對稱，所述金屬支座的內表面與管道內壁密封平齊；所述工作電極組件、輔助電極組件和Ag/AgCl參比電極組件的結構相同，均采用電極通過膠粘鑲嵌在絕緣固定件內，并用壓蓋螺帽將絕緣固定件固定在金屬支座上；所述圓柱鋼棒依次穿過壓蓋螺帽和絕緣固定件與電極上表面接觸，圓柱鋼棒外表面附有絕緣涂層或套有絕緣空心套管，其頂端通過螺母緊固，并通過信號傳導線與電化學工作站的對應接口相連。
5.根據權利要求4所述的氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述壓蓋螺帽分別與螺母和絕緣固定件之間的圓柱鋼棒上還套有圓環密封圈。
6.根據權利要求1-5任一所述的氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述氣液兩相流混合管路末端的儲液罐 還通過管線依次與控制閥六和余氣處理裝置連接。
7.根據權利要求6所述的氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，其特征在于，還包括液相流補充管路，通過管線依次連接有補充液罐、控制閥五、輔助液泵和液體調節閥二，所述液體調節閥二通過管線與所述氣液兩相流混合管路中控制閥二與儲液罐之間的管線連通。
8.根據權利要求7所述的氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述儲氣罐和補充液罐還分別連有氣體補充閥和液體補充閥，所述氣體穩壓罐和儲液罐還分別連有排氣閥和排液閥。
9.根據權利要求8所述的氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述電加熱器加熱后氣液兩相流環路管線內的溫度為2(T60 °C，氣液兩相流充分混合后管路內的壓力為1^5 atm,氣體流速為0~5 m/s,液體流速為O~I m/s。
10.根據權利要求9所述的氣液兩相流環路腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述實驗測試模塊內的管路內徑為30 mm，所述電極的尺寸為Φ15 mm X 5 mm或Φ IOmm X 5 mm。
【文檔編號】G01N17/02GK103674822SQ201310626404
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】劉立, 尹志福, 朱世東, 張永強, 王珂, 李建東, 劉杰, 司小明, 魏彥林, 方曉君, 呂雷 申請人:陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院