一种含硫气井含硫气体腐蚀评价装置和评价方法与流程

1.本发明涉及含硫气井开发技术领域，具体涉及一种含硫气井含硫气体腐蚀 评价装置和评价方法。


背景技术：

2.高含硫气井腐蚀是含硫气井开发的难题之一，现场采用的管材、缓蚀剂、 内涂等的选择均来自于标准推荐或实验室的分析结果，但该实验室流程复杂且 仅仅依靠腐蚀挂片腐蚀现状及失重数据反应腐蚀情况，难以准确反映含硫气井 对设备的腐蚀。
3.含硫气井采出含硫气体由于含硫量较高、腐蚀性能强，在运输过程中，对 输送管道会产生严重的腐蚀，影响含硫气井的开发和运输，造成安全隐患甚至 安全事故。因此需要对含硫气体的腐蚀速度和腐蚀性能进行分析评价，但现有 的含硫气体腐蚀评价均在实验室中分析得到，其分析手段复杂与实际情况偏差 严重。同时，现有的含硫气体腐蚀评价大多只通过腐蚀前后挂片的质量变化来 评价，其分析数据单一，无法反应输送管道的不同位置的腐蚀情况，对于输送 管道腐蚀穿孔位置难以预测。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：针对目前现有技术中常规金属挂片反应含硫气体对管 道的腐蚀情况数据少的问题，提供了一种含硫气井含硫气体腐蚀评价装置和评 价方法，采用环形金属挂片作为腐蚀评价挂片，并通过激光评价设备发生的激 光获取环形金属挂片的腐蚀尺寸，从而获得含硫气体对管道的腐蚀速度和腐蚀 区域分布数据，解决了常规金属挂片反应含硫气体对管道的腐蚀情况数据少的 问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种含硫气井含硫气体腐蚀评价装置和评价方法，具体包括腐蚀评价管道 和安装在腐蚀评价管道上的质量评价设备和激光评价设备；所述质量评价设备 包括安装在所述腐蚀评价管道外的称量计和悬挂在称量计下方的环形金属挂 片；所述激光评价设备包括安装在腐蚀评价管道上的激光发生器和用于接收激 光的激光接收器；所述激光发生器发生的激光光路方向与所述腐蚀评价管道内 的含硫气体的气流方向相同；优选地，所述激光发生器安装在腐蚀评价管道的 一端，所述激光接收器安装在腐蚀评价管道的另一端；所述环形金属挂片安装 在腐蚀评价管道内，与含硫气体接触，提供腐蚀环境。
7.进一步地，所述环形金属挂片竖直挂设在腐蚀评价管道的中部，并部分或 全部嵌入腐蚀评价管道内与腐蚀评价管道内通入的含硫气体接触；优选地，所 述称量计为可以市售的分析天平。
8.进一步地，所述腐蚀评价管道上设置有环形挂片孔，所述环形挂片孔上设 置有密封环；所述环形金属挂片穿过密封环后部分或全部进入腐蚀评价管道； 所述环形金属挂片竖直挂设在称量计下方，且与所述环形挂片孔通过密封环密 封连接，避免含硫气体通过环形挂片孔溢出腐蚀评价管；保证腐蚀评价管道的 密闭性，防止腐蚀气体泄漏造成环境污
染。
9.进一步地，所述激光发生器发生的激光呈环形阵列状；呈环形阵列的激光 一部分照射在环形金属挂片上，另一部分通过激光接收器接收；所述激光接收 器上的接收位置与呈环形阵列的激光对应设置，用于接收未被环形金属挂片遮 挡的激光；通过激光接收器接收到的激光位置和激光束数量，可得到环形金属 挂片在被腐蚀后的缺损量。
10.进一步地，所述能通过激光接收器接收到的激光位置和激光束数量，得到 环形金属挂片在被腐蚀后的缺损量；是因为输送管道在输送含硫气体过程中由 于腐蚀容易出现穿孔，但由于含硫气体中还含有水分或其他比硫化氢气体重的 气体，因此对于输送管道的不同位置腐蚀情况不同，因此其穿孔位置也并不是 形成环形穿孔，因此对于腐蚀区域评价具有安全隐患预测具有一定的意义；同 时，激光评价设备还可以用于评价含硫气体对环形金属挂片的腐蚀深度进行评 价，这是因为含硫气体对环形金属挂片的腐蚀通常会形成坑洞，并慢慢形成穿 孔，因此仅仅以腐蚀重量变化来预测穿孔速度是不准确的。
11.进一步地，所述腐蚀评价管道上设置有至少四组呈环形阵列的平行光栅， 所述激光发生器发生的激光通过所述平行光栅形成多组相互平行且环形阵列的 激光；优选地，所述平行光栅设置有12组。
12.进一步地，所述激光接收器上设置有均匀分布的接收刻度；所述激光接收 器上设置有多组呈环形阵列且均匀分布激光接收点，所述接受刻度分布在每一 组激光接收点中相邻的任意两个激光接受点之间。
13.进一步地，还包括气体调节设备；所述气体调节设备用于调节进入到腐蚀 评价管道内的含硫气体的温度和流速，以提供多种实验条件。
14.具体的，所述气体调节设备包括流量调节计和温度调节装置；含硫气体通 过气体调节设备进入腐蚀评价管道，便于调整进入腐蚀评价管道内的含硫气体 的温度和流速；所述腐蚀评价管道上设置有多个均匀分布的进气口，每一所述 进气口上连接有一进气管道；每一所述进气管道上设置有流量调节计，使含硫 气体均匀进入腐蚀评价管道内；因为在实际的含硫气体输送管道中，含硫气体 通常充满整个输送管道，其上下输送装置的进出口与输送管道的内径差距并不 会特别大，因此使含硫气体均匀进入腐蚀评价管道，得到的腐蚀数据更接近实 际输送管道。
15.进一步地，所述温度调节装置包括温度调节室和设置在温度调节室内的加 热装置，所述温度调节室设置有入气口和出气口，所述出气口与腐蚀评价管道 连通；含硫气体从入气口进入温度调节室；所述加热装置优选为内通有热水或 者热油的加热管道；进一步优选地，所述加热管道呈螺旋布设在温度调节室内， 使含硫气体被快速、均匀加热。
16.进一步地，还包括循环管道；所述腐蚀评价管道上设置有排气口，所述循 环管道的一端与排气口连通，另一端连通所述腐蚀评价管道的进气口；采用循 环管道将未消耗净的含硫气体通过环形金属挂片将硫继续消耗掉；避免直接排 出污染气体；同时还可以用于评价含硫气体的腐蚀速度变化情况。
17.一种含硫气井含硫气体腐蚀评价方法，请参阅图1-2，具体包括如下步骤：
18.s1：将环形金属挂片挂设在称量计的下方，使得环形金属挂片的轴线与腐 蚀评价管道的轴线在同一直线上，并记录下环形金属挂片的初始质量m0；
19.s2：打开激光发生器，使激光发生器发出激光，并通过所述平行光栅形成 至少四
组平行光线，并使最内侧的平行光线的最内侧与所述环形金属挂片的内 侧面相切或者使最内侧的平行光线部分照射在环形金属挂片上，并记录下每一 组激光接收点上的初始位置l
01
、l
02
、
……
l
0x
，其中x为大于或等于4的自然 数；
20.s3：向腐蚀评价管内通入含硫气体，定时记录环形金属挂片的质量mi和激 光接收器上的刻度l
i1
、l
i2
、
……
l
ix
，其中x为大于或等于4的自然数；即打 开腐蚀评价管的进气口，使含硫气体进入；
21.s4：根据环形金属挂片的质量变化和激光接收器接收到激光刻度变化，计 算含硫气体的腐蚀速度和腐蚀区域分布情况；
22.s5：更换环形金属挂片，并调整含硫气体的流速或者温度，重复步骤s1～s4， 得到不同流速和温度下含硫气体的腐蚀速度和腐蚀区域分布情况。
23.需要说明的是，所述含硫气体的腐蚀速度的计算公式为：
[0024][0025]
其中：
[0026]
w为含硫气体的腐蚀速度；
[0027]
mi为第i次测得的环形金属挂片的质量；
[0028]mi-1
为第i-1次测得的环形金属挂片的质量；
[0029]
δt为第i次和第i-1次记录的时间差。
[0030]
通过计算含硫气体的腐蚀速度w，并以w来绘制腐蚀速度曲线，即可得 到输送管道被含硫气体的腐蚀速度，得到含硫气体的腐蚀速度和输送管道被腐 蚀的速度曲线。
[0031]
进一步地，步骤s4中腐蚀区域分布情况的获得通过以下方法：
[0032]
s41:获取每一平行光栅对应的激光接收点的激光位置；
[0033]
s42：将每一激光接收点的激光位置减去每一组激光接收点上的初始位置， 得到每一平行光栅对应的激光位移值，即为环形金属挂片被腐蚀的尺寸；
[0034]
s43：以时间为x轴、以腐蚀尺寸为y轴，获得每一平行光栅对应的环形金 属挂片的腐蚀尺寸的曲线图，即可知道环形金属挂片不同位置的腐蚀程度分布
[0035]
需要说明的是，在确定每一平行光栅对应的激光位移值时，以每一平行光 栅对应的最大腐蚀尺寸为激光位移值；这是因为在腐蚀之初，环形金属挂片的 内侧是呈一个规整的环形，但随着腐蚀的进一步加深，其腐蚀程度会逐渐参差 不齐，但输送管道的穿孔是以腐蚀最快速度处为准，因此以最大的腐蚀尺寸为 激光位移值更能准确的反应腐蚀穿孔情况。
[0036]
需要说明的是，当需要评价含硫气体在输送过程腐蚀性能变化情况时，将 含硫气体通过循环管道不断的循环充入腐蚀评价管道内，并定时记录环形金属 挂片的失重和激光位移值，通过失重随着时间的变化率和激光位移值随着时间 的变化率即可得到含硫气体在输送过程中腐蚀性能的变化
[0037]
与现有的技术相比本发明的有益效果是：
[0038]
1、一种含硫气井含硫气体腐蚀评价装置，包括腐蚀评价管道和安装在腐蚀 评价管道上的质量评价设备和激光评价设备；所述质量评价设备包括安装在所 述腐蚀评价管
道外的称量计和悬挂在称量计下方的环形金属挂片；所述激光评 价设备包括安装在腐蚀评价管道上的激光发生器和用于接收激光的激光接收 器；所述激光发生器发生的激光光路方向与所述腐蚀评价管道内的含硫气体的 气流方向相同；采用称量计称取环形金属挂片被腐蚀后的质量变化，获得含硫 气体对环形金属挂片的腐蚀速度；同时，由于在实际生产过程中，含硫气体对 管道的腐蚀并不是同步进行的，因此通过激光评价设备可以获得含硫气体对管 道的腐蚀位置评价，同时还能用于校正称量计的腐蚀数据，提高含硫气体腐蚀 性能评价的准确性和多方面评价。
[0039]
2、一种含硫气井含硫气体腐蚀评价方法，通过质量评价设备获得环形金属 挂片的质量变化值、通过激光评价设备获得激光接收器上接收到的激光位移值， 通过环形金属挂片的质量变化值和激光位移值评价环形金属挂片被腐蚀的程 度，进而评价含硫气井中采出的含硫气体的腐蚀性，同时实现含硫气体对管道 的腐蚀程度评价和腐蚀位置评价；此外，该评价方法还可以通过循环管道实现 含硫气体回流来评价含硫气体在输送过程中腐蚀速度变化情况。
附图说明
[0040]
图1为一种含硫气井含硫气体腐蚀评价装置的结构示意图；
[0041]
图2为一种含硫气井含硫气体腐蚀评价方法的流程图。
[0042]
附图标记：11-称量计，12-环形金属挂片，21-激光发生器，22-激光接收 器，3-腐蚀评价管，4-流量调节计，5-温度调节装置。
[0043]
具体实施方
[0044]
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一 个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实 体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含
”ꢀ
或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过 程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他 要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有 更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所 述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0045]
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0046]
实施例一
[0047]
含硫气井采出含硫气体由于含硫量较高、腐蚀性能强，在运输过程中，对 输送管道会产生严重的腐蚀，影响含硫气井的开发和运输，造成安全隐患甚至 安全事故；因此需要对含硫气体的腐蚀速度和腐蚀性能进行分析评价，但现有 的含硫气体腐蚀评价均在实验室中分析得到，其分析手段复杂与实际情况偏差 严重；同时，现有的含硫气体腐蚀评价大多只通过腐蚀前后挂片的质量变化来 评价，其分析数据单一，无法反应输送管道的不同位置的腐蚀情况，对于输送 管道腐蚀穿孔位置难以预测。
[0048]
为了解决上述问题，发明人提供了一种含硫气井含硫气体腐蚀评价装置，参阅 图1，一种含硫气井含硫气体腐蚀评价装置和评价方法，具体包括腐蚀评价管3 道和安装在腐蚀评价管3道上的质量评价设备和激光评价设备；所述质量评价 设备包括安装在所述腐蚀评价管3道外的称量计11和悬挂在称量计11下方的 环形金属挂片12；所述激光评价设备包
括安装在腐蚀评价管3道上的激光发生 器21和用于接收激光的激光接收器22；所述激光发生器21发生的激光光路方 向与所述腐蚀评价管3道内的含硫气体的气流方向相同；优选地，所述激光发 生器21安装在腐蚀评价管3道的一端，所述激光接收器22安装在腐蚀评价管 3道的另一端；所述环形金属挂片12安装在腐蚀评价管3道内，与含硫气体接 触，提供腐蚀环境。
[0049]
环形金属挂片12竖直挂设在腐蚀评价管3道的中部，并部分或全部嵌入腐蚀评 价管3道内与腐蚀评价管3道内通入的含硫气体接触；优选地，所述称量计11 为可以市售的分析天平。
[0050]
腐蚀评价管3道上设置有环形挂片孔，所述环形挂片孔上设置有密封环；所述 环形金属挂片12穿过密封环后部分或全部进入腐蚀评价管3道；所述环形金属 挂片12竖直挂设在称量计11下方，且与所述环形挂片孔通过密封环密封连接， 避免含硫气体通过环形挂片孔溢出腐蚀评价管3；保证腐蚀评价管3道的密闭 性，防止腐蚀气体泄漏造成环境污染。
[0051]
激光发生器21发生的激光呈环形阵列状；呈环形阵列的激光一部分照射在环形 金属挂片12上，另一部分通过激光接收器22接收；所述激光接收器22上的接 收位置与呈环形阵列的激光对应设置，用于接收未被环形金属挂片12遮挡的激 光；通过激光接收器22接收到的激光位置和激光束数量，可得到环形金属挂片 12在被腐蚀后的缺损量。
[0052]
能通过激光接收器22接收到的激光位置和激光束数量，得到环形金属挂片12 在被腐蚀后的缺损量；是因为输送管道在输送含硫气体过程中由于腐蚀容易出 现穿孔，但由于含硫气体中还含有水分或其他比硫化氢气体重的气体，因此对 于输送管道的不同位置腐蚀情况不同，因此其穿孔位置也并不是形成环形穿孔， 因此对于腐蚀区域评价具有安全隐患预测具有一定的意义；同时，激光评价设 备还可以用于评价含硫气体对环形金属挂片12的腐蚀深度进行评价，这是因为 含硫气体对环形金属挂片12的腐蚀通常会形成坑洞，并慢慢形成穿孔，因此仅 仅以腐蚀重量变化来预测穿孔速度是不准确的。
[0053]
腐蚀评价管3道上设置有至少四组呈环形阵列的平行光栅，所述激光发生器21 发生的激光通过所述平行光栅形成多组相互平行且环形阵列的激光；优选地， 所述平行光栅设置有12组。
[0054]
激光接收器22上设置有均匀分布的接收刻度；所述激光接收器22上设置有多 组呈环形阵列且均匀分布激光接收点，所述接受刻度分布在每一组激光接收点 中相邻的任意两个激光接受点之间。
[0055]
一种含硫气井含硫气体腐蚀评价装置，还包括气体调节设备；所述气体调节设 备用于调节进入到腐蚀评价管3道内的含硫气体的温度和流速，以提供多种实 验条件。
[0056]
具体的，所述气体调节设备包括流量调节计4和温度调节装置5；含硫气体通 过气体调节设备进入腐蚀评价管3道，便于调整进入腐蚀评价管3道内的含硫 气体的温度和流速；所述腐蚀评价管3道上设置有多个均匀分布的进气口，每 一所述进气口上连接有一进气管道；每一所述进气管道上设置有流量调节计4， 使含硫气体均匀进入腐蚀评价管3道内；因为在实际的含硫气体输送管道中， 含硫气体通常充满整个输送管道，其上下输送装置的进出口与输送管道的内径 差距并不会特别大，因此使含硫气体均匀进入腐蚀评价管3道，得到的腐蚀数 据更接近实际输送管道。
[0057]
温度调节装置5包括温度调节室和设置在温度调节室内的加热装置，所述温度 调
节室设置有入气口和出气口，所述出气口与腐蚀评价管3道连通；含硫气体 从入气口进入温度调节室；所述加热装置优选为内通有热水或者热油的加热管 道；进一步优选地，所述加热管道呈螺旋布设在温度调节室内，使含硫气体被 快速、均匀加热。
[0058]
一种含硫气井含硫气体腐蚀评价装置，还包括循环管道；所述腐蚀评价管3道 上设置有排气口，所述循环管道的一端与排气口连通，另一端连通所述腐蚀评 价管3道的进气口；采用循环管道将未消耗净的含硫气体通过环形金属挂片12 将硫继续消耗掉；避免直接排出污染气体；同时还可以用于评价含硫气体的腐 蚀速度变化情况。
[0059]
上述含硫气井含硫气体腐蚀评价装置的使用方法为：首先向腐蚀评价管3道内 通入含硫气体，通过质量评价设备获得环形金属挂片12的质量变化值、通过激 光评价设备获得激光接收器22上接收到的激光位移值，进而通过环形金属挂片 12的质量变化值和激光位移值来评价环形金属挂片12被腐蚀的程度，进而评 价含硫气井中采出的含硫气体的腐蚀性。
[0060]
在使用时，称量计11称取环形金属挂片12被腐蚀后的质量变化，获得含硫气 体对环形金属挂片12的腐蚀速度；同时，由于在实际生产过程中，含硫气体对 管道的腐蚀并不是同步进行的，因此通过激光评价设备可以获得含硫气体对管 道的腐蚀位置评价，同时还能用于校正称量计11的腐蚀数据，提高含硫气体腐 蚀性能评价的准确性和多方面评价。
[0061]
实施例二
[0062]
实施例二为基于实施例一中的评价装置的含硫气井含硫气体腐蚀评价方 法，请参阅图1和图2，具体包括如下步骤：
[0063]
s1：将环形金属挂片12挂设在称量计11的下方，使得环形金属挂片12 的轴线与腐蚀评价管3道的轴线在同一直线上，并记录下环形金属挂片12的初 始质量；
[0064]
s2：打开激光发生器21，使激光发生器21发出激光，并通过所述平行光 栅形成至少四组平行光线，并使最内侧的平行光线的最内侧与所述环形金属挂 片12的内侧面相切或者使最内侧的平行光线部分照射在环形金属挂片12上， 并记录下每一组激光接收点上的初始位置l
01
、l
02
、
……
l
0x
，其中x为大于或 等于4的自然数；
[0065]
s3：向腐蚀评价管3内通入含硫气体，定时记录环形金属挂片12的质量和 激光接收器22上的刻度l
i1
、l
i2
、
……
l
ix
，其中x为大于或等于4的自然数；
[0066]
s4：根据环形金属挂片12的质量变化和激光接收器22接收到激光刻度变 化，计算含硫气体的腐蚀速度和腐蚀区域分布情况；
[0067]
s5：更换环形金属挂片12，并调整含硫气体的流速或者温度，重复步骤 s1～s4，得到不同流速和温度下含硫气体的腐蚀速度和腐蚀区域分布情况。
[0068]
需要说明的是，所述含硫气体的腐蚀速度的计算公式为：
[0069][0070]
其中：
[0071]
w为含硫气体的腐蚀速度；
[0072]
mi为第i次测得的环形金属挂片12的质量；
[0073]mi-1
为第i-1次测得的环形金属挂片12的质量；
[0074]
δt为第i次和第i-1次记录的时间差。
[0075]
通过计算含硫气体的腐蚀速度w，并以w来绘制腐蚀速度曲线，即可得 到输送管道被含硫气体的腐蚀速度，得到含硫气体的腐蚀速度和输送管道被腐 蚀的速度曲线。
[0076]
进一步地，步骤s4中腐蚀区域分布情况的获得通过以下方法：
[0077]
s41:获取每一平行光栅对应的激光接收点的激光位置；
[0078]
s42：将每一激光接收点的激光位置减去每一组激光接收点上的初始位置， 得到每一平行光栅对应的激光位移值，即为环形金属挂片被腐蚀的尺寸；
[0079]
s43：以时间为x轴、以腐蚀尺寸为y轴，获得每一平行光栅对应的环形金 属挂片的腐蚀尺寸的曲线图，即可知道环形金属挂片不同位置的腐蚀程度分布
[0080]
需要说明的是，在确定每一平行光栅对应的激光位移值时，以每一平行光 栅对应的最大腐蚀尺寸为激光位移值；这是因为在腐蚀之初，环形金属挂片的 内侧是呈一个规整的环形，但随着腐蚀的进一步加深，其腐蚀程度会逐渐参差 不齐，但输送管道的穿孔是以腐蚀最快速度处为准，因此以最大的腐蚀尺寸为 激光位移值更能准确的反应腐蚀穿孔情况。
[0081]
需要说明的是，当需要评价含硫气体在输送过程腐蚀性能变化情况时，将 含硫气体通过循环管道不断的循环充入腐蚀评价管道内，并定时记录环形金属 挂片的失重和激光位移值，通过失重随着时间的变化率和激光位移值随着时间 的变化率即可得到含硫气体在输送过程中腐蚀性能的变化。
[0082]
以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若 干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。