模拟实际钻井环境的钻杆材料腐蚀疲劳试验装置的制作方法

本发明涉及钻杆材料腐蚀疲劳性能试验领域，尤其涉及的是一种模拟实际钻井环境的钻杆材料腐蚀疲劳试验装置。

背景技术：

在石油钻采、地质钻探等领域时常会有钻杆柱失效引起孔内事故的发生，钻杆柱的一部分失效是由应力腐蚀造成的，因而钻杆材料在钻井环境中的耐腐蚀疲劳性能关系着钻杆柱的寿命。目前，仅能测定钻杆材料在空气重的耐疲劳性能，而无法对钻杆材料在钻井环境中的腐蚀疲劳性能进行测定。

在钻井过程中，因地层的不同导致钻井液温度、压力、流速等参数发生变化；在遇到特殊地层时，地层中的CO₂或H₂S等酸性气体侵入钻井液中，提高了钻井液的腐蚀性。温度影响着材料的力学性能，流速及压力则体现在钻井液对钻杆柱的冲蚀上，一旦裂纹产生，钻井液的腐蚀环境会加速裂纹的扩展，导致钻杆材料的耐腐蚀疲性能迅速下降。因此亟需设计可以较为真实的模拟实际钻井环境的腐蚀疲劳试验装置，对钻杆材料在不同条件下的钻井液中的耐腐蚀疲劳性能进行测定。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种较为真实的钻井环境的钻杆材料腐蚀疲劳试验方法及装置，对钻杆材料在不同条件下的钻井液中的耐腐蚀疲劳性能进行测定。

本发明包括筒体、端盖、监测系统、循环系统和疲劳试验机；

所述的筒体下部设置有进水口、进气口，筒体周围设置有感应加热器，感应加热器模仿地层热量对筒体进行加热，以进行不同地层即不同温度下试样的耐腐蚀疲劳性测试；

所述的端盖内嵌在筒体上，通过螺栓与螺母紧密连接，端盖与筒体接触处设置O型耐腐蚀密封圈，内嵌式加密封圈的紧密连接可保证筒体的完好密封性；端盖上设置夹持孔、监测孔和出水口，夹持孔和监测孔和内侧通过O型耐腐蚀密封圈与弹簧及弹簧盖配合密封，可保证在疲劳试验机开始工作后夹具频繁往复运动过程中不因密封损失能量保证了试验机测试的精确性又可保证装置的密封性，以模拟更深的地层即温度高、压力大；

所述的监测系统包括高精度温度计探针、氧探针、PH值探针、液体流量计、压力计，可实现随时监测液体温度、氧含量、液体的流速、液体压力；温度计探针、氧探针、PH值探针液体流量计设置在端盖的监测孔中；温度计探针、氧探针、PH值探针和液体流量计与端盖之间以O型耐腐蚀密封圈、弹簧及弹簧盖密封；压力计与筒体连通并设置在筒体外；

所述的循环系统包括泥浆罐、耐腐蚀泵、入水管、第一阀门、出水管、第二阀门、空气压缩机或CO₂罐或H₂S罐、进气管和单向阀，出水管的进口与端盖的出水口连通，出水管的出口位于泥浆罐中，耐腐蚀泵位于泥浆罐中，入水管的进口与耐腐蚀泵的出口连通，入水管的出口与筒体的进水口连通，入水管与出水管分别设置第一阀门和第二阀门，泥浆罐，空气压缩机或CO₂罐或H₂S罐通过进气管与筒体的进气口连通，进气管上设置单向阀，可由第一阀门和第二阀门及调节耐腐蚀泵的参数控制筒体内的液体压力；进气管上设置有单向阀，通过空气压缩机或CO₂罐或H₂S罐可控制气体的进入量，以调节筒体内液体的氧含量或CO₂含量或H₂S含量；泥浆罐具有进浆管；

所述的疲劳试验机包括上座、夹具、圆柱承台和下座，筒体置于下座上，上座位于筒体上方，夹具设置在上座底面，夹具穿过端盖的夹持孔，夹具与夹持孔之间以O型耐腐蚀密封圈、弹簧及弹簧盖密封，圆柱承台螺纹连接在筒体的底座上，试样的底端与圆柱承台上端螺纹连接，试样6的上端与夹具螺纹连接。

本发明的工作过程：

打开入水管与出水管的第一阀门和第二阀门，启动耐腐蚀泵，向筒体内泵入钻井液，待监测系统中PH值参数有变化时，表明此时筒体内已经充满钻井液；将感应加热器开启，同时开启空气压缩机或CO₂罐或H₂S罐向筒体内通入气体，通过调小出水管的第二阀门及增大耐腐蚀泵的转速使得压力升高至设计值，待温度参数显示为设计值时，将感应加热器调成保温状态，记录此时的各项参数；开启疲劳试验机开始测试，并保持所有设定参数不改变，直至测试完成。测试过程中可随时在显示器上监视温度、PH值、压力、流速、氧含量、CO₂含量、H₂S含量等参数，并储存在所连接的计算机中。

PH值可通过更换钻井液的配方及CO₂、H₂S含量的侵入量控制，压力和流速通过调节耐腐蚀泵的转速及入水管与出水管的第一阀门和第二阀门控制。

本发明的有益效果是：

通过本发明为疲劳试验机提供了一种模拟实际钻井环境的钻杆材料腐蚀疲劳试验方法及装置，并可通过开关与阀门调节成不同的测试环境模拟钻井过程中所遇到的不同地层，得到钻杆材料在不同钻井环境下的耐腐蚀疲劳性能，以及早的预测可能发生的事故并采取相应措施，减少因钻杆柱腐蚀疲劳失效引起的事故。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的端盖结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明包括筒体1、端盖2、监测系统3、循环系统4和疲劳试验机5；

所述的筒体1下部设置有进水口111、进气口112，筒体1周围设置有感应加热器11，感应加热器11模仿地层热量对筒体1进行加热，以进行不同地层即不同温度下试样的耐腐蚀疲劳性测试；

所述的端盖2内嵌在筒体1上，通过螺栓与螺母紧密连接，端盖2与筒体1接触处设置O型耐腐蚀密封圈，内嵌式加密封圈的紧密连接可保证筒体1的完好密封性；端盖2上设置夹持孔221、监测孔222和出水口223，夹持孔221和监测孔222内侧通过O型耐腐蚀密封圈与弹簧21及弹簧盖22配合密封，可保证在疲劳试验机开始工作后夹具频繁往复运动过程中不因密封损失能量保证了试验机测试的精确性又可保证装置的密封性，以模拟更深的地层即温度高、压力大；

所述的监测系统3包括高精度温度计探针31、氧探针32、PH值探针33、液体流量计34、压力计35，可实现随时监测液体温度、氧含量、液体的流速、液体压力；温度计探针31、氧探针32、PH值探针33液体流量计34设置在端盖2的监测孔222中；温度计探针31、氧探针32、PH值探针33和液体流量计34与端盖2之间以O型耐腐蚀密封圈、弹簧21及弹簧盖22密封；压力计35与筒体1连通并设置在筒体1外；

所述的循环系统4包括泥浆罐41、耐腐蚀泵42、入水管43、第一阀门44、出水管45、第二阀门46、空气压缩机或CO₂罐或H₂S罐47、进气管48和单向阀49，出水管45的进口与端盖2的出水口223连通，出水管45的出口位于泥浆罐41中，耐腐蚀泵42位于泥浆罐41中，入水管43的进口与耐腐蚀泵42的出口连通，入水管43的出口与筒体1的进水口111连通，入水管43与出水管45分别设置第一阀门44和第二阀门46，泥浆罐41，空气压缩机或CO₂罐或H₂S罐47通过进气管48与筒体1的进气口112连通，进气管48上设置单向阀49，可由第一阀门44和第二阀门46及调节耐腐蚀泵42的参数控制筒体1内的液体压力；进气管48上设置有单向阀49，通过空气压缩机或CO₂罐或H₂S罐47可控制气体的进入量，以调节筒体1内液体的氧含量或CO₂含量或H₂S含量；泥浆罐41具有进浆管411；

所述的疲劳试验机5包括上座51、夹具52、圆柱承台53和下座54，筒体1置于下座54上，上座51位于筒体1上方，夹具52设置在上座51底面，夹具52穿过端盖2的夹持孔221，夹具52与夹持孔221之间以O型耐腐蚀密封圈、弹簧21及弹簧盖22密封，圆柱承台53螺纹连接在筒体1的底座上，试样6的底端与圆柱承台53上端螺纹连接，试样6的上端与夹具52螺纹连接。

本发明的工作过程：

打开入水管43与出水管45的第一阀门44和第二阀门46，启动耐腐蚀泵42，向筒体1内泵入钻井液，待监测系统3中PH值参数有变化时，表明此时筒体1内已经充满钻井液；将感应加热器11开启，同时开启空气压缩机或CO₂罐或H₂S罐47向筒体1内通入气体，通过调小出水管45的第二阀门46及增大耐腐蚀泵42的转速使得压力升高至设计值，待温度参数显示为设计值时，将感应加热器11调成保温状态，记录此时的各项参数；开启疲劳试验机5开始测试，并保持所有设定参数不改变，直至测试完成。测试过程中可随时在显示器上监视温度、PH值、压力、流速、氧含量、CO₂含量、H₂S含量等参数，并储存在所连接的计算机中。

PH值可通过更换钻井液的配方及CO₂、H₂S含量的侵入量控制，压力和流速通过调节耐腐蚀泵42的转速及入水管43与出水管45的第一阀门44和第二阀门46控制。