一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种检测牺牲阳极性能的装置，尤其设及在模拟井下套管外壁腐 蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的装置。
【背景技术】
[0002] 随着油气田开发时间的延长，套管损耗问题日益突出，对油田开采造成直接影响， 严重制约了油气田稳产和可持续发展。其中针对因电化学腐蚀造成的套管外壁破损，牺牲 阳极阴极保护是一种最经济有效的防腐措施。
[0003]阳极材料电化学性能直接决定了阴极保护效果，阳极材料能否大规模应用在现场 复杂地层环境，需要进行模拟评价验证，但目前现有评价牺牲阳极材料电化学性能的试验 方法主要采用《GB/T17848-1999牺牲阳极电化学性能试验方法》中设及的恒电流法，腐蚀 介质主要是人造海水，试验溫度为15~30°C，实际生产中套管外壁接触的地层环境更复 杂，除地层水还包括未被水泥封固的空井段、盐膏层、表层±壤等腐蚀介质，且随井深增加 地层溫度逐渐升高，目前使用的国标测试方法不能完全满足试验要求。
[0004]因此急需提供一种方案，能满足在模拟井下套管外壁腐蚀环境中对牺牲阳极材料 电化学性能的检测成为有待解决的问题。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型提供一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能 的装置，能在模拟井下套管外壁腐蚀环境中对牺牲阳极材料电化学性能进行检测，进而为 确定所述牺牲阳极对石油套管的有效保护距离提供数据支持。
[0006] 本实用新型提供的一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性 能的装置，包括：
[0007] 检测槽，W及由所述牺牲阳极连接至少一个石油套管所形成的待检测套管，所述 石油套管长度方向的外壁上间隔设置有多个测试粧，所述测试粧的材质与所述石油套管的 材质相同，所述测试粧与所述石油套管的外壁通过焊接方式连接；
[0008] 所述检测槽内还容置有没过该待检测套管并低于所述测试粧顶端至少2cm的腐 蚀介质；
[0009] 所述检测槽底部还设置有用于控制所述装置溫度的控溫装置。
[0010] 进一步的，所述待检测套管通过设置在所述检测槽底部的固定装置固定在所述检 测槽底部。
[0011] 更进一步的，所述牺牲阳极为国标侣阳极、国标锋阳极或侣合金。
[0012] 更进一步的，所述牺牲阳极W阳极短节的形式设置在所述套管上。
[0013] 更进一步的，所述检测槽的材质为聚丙締、玻璃钢或耐腐蚀金属板。
[0014] 在本发明的又一个【具体实施方式】中，所述腐蚀介质为模拟井下腐蚀环境中的地层 水、固井水泥环、软泥层或盐膏层。
[0015] 更进一步的，所述检测槽的底部和侧壁的厚度可W为20-30mm。为了保证检测槽的 强度，也可W在该检测槽的底部和侧壁添加加强件进行加固。
[0016] 更进一步的，所述检测槽的尺寸设计为至少能容纳一个符合API标准的套管（例 如：外径：177. 8mm、壁厚：10. 36mm、长度：11. 36m)和固定连接在其一端的阳极短节（例如： 外径201mm、长度：50cm)。通常的检测装置仅为单独检测阳极短节电化学性能的装置，而且 采用的腐蚀介质为常溫海水，不能真实反应套管和阳极短节的真实井下工作状态和工作环 境下，阳极短节对套管的保护作用。
[0017] 更进一步的，所述测试粧分别在所述石油套管长度方向的外壁上距离所述阳极短 节的边缘50cm、100cm、200cm、300cm、500cm、800cm和1000 cm的位置处设置，本实用新型W 上述距离设置测试粧能基本覆盖整个长度的套管。
[0018] 更进一步的，所述控溫装置用于控制所述电化学性能的检测过程在特定的溫度下 进行，尤其是在模拟井下环境的真实溫度条件下进行。
[0019] 更进一步的，在本实用新型的装置中，所述检测槽可W平行设置多个，可W实现同 时进行多组检测试验。例如同时建立多种模拟腐蚀介质环境，在相同溫度条件下（或变化 的溫度条件下），同时进行多组腐蚀试验，使获得的测试数据更具有参考价值。
[0020] 本实用新型提供的在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的 装置的使用方法如下：
[0021] 将所述待检测套管放置于检测槽内；
[0022] 向检测槽内倒入腐蚀介质，该腐蚀介质没过该待检测套管并低于所述测试粧顶端 至少2cm;
[0023] 测定各测试粧处的电极电位。
[0024] 在本实用新型的方案中，所述检测槽的底部和侧壁均由可W由加工性能优异的耐 腐蚀材料制成，例如聚丙締、玻璃钢，耐腐蚀金属板等，只要能满足检测过程中对检测槽的 耐腐蚀性，承压性，耐高溫（〉100°c)性的需求即可。进一步的，为使检测数据更加真实反映 待检测套管牺牲阳极的电化学性能，所述检测槽的材料为聚丙締。在本实用新型的方案中， 检测牺牲阳极电化学性能是指在模拟井下套管外壁腐蚀环境中，检测距离牺牲阳极不同距 离处的套管表面的电极电位的变化数据，本领域技术人员可W根据套管表面不同位置处电 极电位的变化来判断所述牺牲阳极对石油套管的有效保护距离。
[0025] 进一步的，在本实用新型的方案中，可W根据W下公式得出阳极对套管的保护距 离：
[0027]上式中：AVmw--石油套管表面上M，N两点之间距离上电压降的平均值，单位V;
[002引D----套管的直径，单位mm;
[0029] d-----套管的壁厚，单位mm;
[0030] Po-----套管金属的电阻率，单位Q?m;
[0031]Ia-----套管最小保护电流密度，单位mA/m2;
[0032] 其中，套管金属的电阻率P。可根据钢型查常用材质电阻率表得知，iA查阴极保护 工程手册得出。M，N两点之间的距离可W根据实际情况选择，通常情况下越小越好，得出的 L值更准确。在本实用新型的方案中M，N两点之间的距离可W例如是50cm。
[0033] 在本实用新型的方案中，所述牺牲阳极可W是W本领域常规方式设置在石油套管 上的牺牲阳极，例如所述牺牲阳极W阳极短节的形式设置在所述套管上。进一步的，所述 牺牲阳极可W为国标侣阳极或国标锋阳极，也可W是在所述国标侣阳极或国标锋阳极基础 上，改变阳极材料成分及配比形成的新型阳极材料，本实用新型的方案可用于检测本领域 常规使用的各种牺牲阳极对石油套管的保护效果。在本实用新型的方案中对该牺牲阳极与 石油套管的连接方式没有特殊限制，可W是本领域常规的连接方式，例如螺纹连接、螺丝固 定等连接方式。该牺牲阳极既可W连接在套管的一端，也可W连接在套管的中间部分。在 本实用新型的一个【具体实施方式】中，为了最终评估该牺牲阳极对套管的最长保护半径，优 选的可W将该牺牲阳极短节固定在所述套管的一端。
[0034] 本实用新型方案中的腐蚀介质为模拟井下套管外壁腐蚀环境中的腐蚀介质，例如 地层水、固井水泥环、软泥层或盐膏层，所述腐蚀介质化学成分与井下套管外壁腐蚀环境中 实际存在的地层水、固井水泥环、软泥层或盐膏层中的化学成分基本一致。
[0035] 进一步的，在本实用新型的方案中，所述待检测套管通过设置在所述检测槽底部 的固定装置固定。通过向所述检测槽内加入水泥W形成固井水泥环。采用水泥固化可W 在所述待检测套管放入检测槽之后进行实施，也可W先倒入水泥，再将待检测套管浸入水 泥中并使水泥固化的方式实现，本领域技术人员可W根据需要选择先后顺序。在真实的井 下操作环境中，通常在放置套管后需要在套管与井壁之间填装水泥进行固定，该水泥可完 全封闭该套管，在起到固定作用的同时也能起到防止套管被地层水腐蚀的效果，但实际作 业中发现，存在部分井段未被水泥封固的情况，未封固井段与地层水接触引起腐蚀。因此， 本申请的方案也针对运种情况进行了研究，在运种模拟井下环境中对牺牲阳极性能进行检 。检测过程中，水泥封固套管后，要保持测试粧露出水泥适当的高度。并在水泥密封后， 向检测槽内倒入腐蚀介质，所述腐蚀介质可W是套管外壁腐蚀环境中存在模拟地层水。
[0036] 本实用新型的装置能在不同溫度下，例如在20-80°C范围内，实现对所述牺牲阳极 的电化学性能的检测。由于井下作业过程中，随着深度的增加，溫度逐渐升高，一般每100 米溫度上升：TC左右，本实用新型的装置能更真实的反应井下腐蚀环境。当然本领域技术人 员可W根据采用的牺牲阳极的耐溫性能，W及套管的入井深度，对上述溫度范围进行适当 的调整。
[0037] 在本实用新型的装置中，通常所述测试粧处的电极电位可W在浸入腐蚀介质后一 周左右开始测量，之后例如可W每7-10天测量一次，持续2-8个月。该测试过程使用的参比 电极可W为化/化S〇4参比电极，检测所述电极电位可W采用近参比法进行，测量过程中所 述参比电极通常靠近所要测量电极电位的测试粧，接触或靠近所述石油套管的外壁放置。 当然本领域技术人员也可W根据所要检测的套管、牺牲阳极W及腐蚀介质的不同，根据需 要决定测量频率或测量周期，但通常需要在检测体系稳定之后，即牺牲阳极向腐蚀介质中 稳定释放离子之后，持续测量一定时间来获得比较可靠的数据。
[0038] 本实用新型提供的方案具有W下优点：
[0039] I)在本实用新型装置中具有可容纳至少一个套管和固定连接在其一端的阳极短 节的检测槽，解决了通常的检测装置仅为单独检测阳极短节电化学性能的装置，而且采用 的腐蚀介质为常溫海水，不能真实模拟套管和阳极短节的真实工作状态，W及不能获得井 下真实工作环境下阳极短节对套管的有效保护距离、最长保护年限等数据的问题；
[0040] 2)在本实用新型的方案中检测槽可平行设置多个，可W针对多种模拟腐蚀介质 (例如地层模拟水、表层±壤、固井水泥、盐膏层），在相同或不同溫度条件下，同时进行多 组腐蚀试验，使获得的测试数据更具有参考价值；
[0041] 3)本实用新型的方案解决了现有测试方案在检测套管牺牲阳极性能的过程不能 模拟套管牺牲阳极的真实使用环境，存在引起测量误差因素，不能准确测定套管外壁阳极 在井下腐蚀环境中的电化学性能的问题。
【附图说明】
[0042] 图1本实用新型的在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的 装置的示意图。
[0043] 图2测量各测试粧处的电极电位的示意图。
[0044] 图3为20°C模拟地层水环境套管电极电位变化曲线。
[0045] 图4为20°C模拟软泥层环境套管电极电位变化曲线。
[0046]图5为20°C模拟固井水泥环+地层水环境套管电极电位变化曲线。
[0047] 图6为20°C模拟盐膏层环境套管电极电位变化曲线。
[004引图7为80°C模拟地层水环境套管电极电位变化曲线。
[0049] 图8为80°C模拟软泥层环境套管电极电位变化曲线。
[0050] 图9为80°C模拟固井水泥环+地层水环境套管电极电位变化曲线。
[0051] 图10为80°C