专利名称：石油井下环境模拟实验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于环境模拟实验测试技术领域，具体地涉及一种模拟石油井下温度、压力、气液介质等环境的实验装置，特别适合油田井下工具及其材料环境模拟实验测试。
背景技术：
油田开发生产过程中，井下工具需承受石油井下温度、压力、气液介质等环境的影响。因此，井下工具研发及质量检测时需进行井下环境模拟实验。发明人在实现本发明的过程发现，目前，井下环境模拟实验对于多参数的动态模拟技术尚不完善，试验介质仍停留在水或柴油等单一介质，无法模拟石油井下油水共混、气液共存的实际工况。并且，传统井下环境模拟实验装置受结构、材质及工艺等因素影响，耐腐蚀介质性能差，腔体清洗困难， 造成实验装置使用寿命短，无法实现试验介质的更换，试验成本高等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服传统石油井下环境模拟实验装置的诸多缺陷，提供一种新型石油井下环境模拟实验装置，以便能真实模拟石油井下温度、压力、气液介质等环境，并延长实验装置使用寿命，方便操作，降低试验成本。为达上述目的，本发明实施例提供了一种石油井下环境模拟实验装置，所述实验装置包括介质浸泡系统、温度控制系统和压力控制系统；所述温度控制系统和压力控制系统分别连接所述介质浸泡系统；所述介质浸泡系统包括浸泡釜和加热缸，所述加热缸围绕所述浸泡釜并密封所述浸泡釜；所述温度控制系统包括温度控制器、加热设备和温度检测器，所述加热设备和所述温度检测器分别连接所述温度控制器；所述加热设备伸入到所述浸泡釜和所述加热缸之间的空腔内，所述温度检测器伸入到所述浸泡釜内；所述压力控制系统包括导气装置、比例加气装置、压力控制器和压力检测器；所述导气装置的一端伸入到所述浸泡釜内，另一端连接所述比例加气装置，所述压力检测器和所述比例加气装置分别连接所述压力控制器，所述压力检测器伸入到所述浸泡釜内。进一步地，所述加热缸的外侧还可以覆盖一层保温层。具体地，所述加热设备可以包括导热油加热棒、加热板、加热管中的至少一个。进一步地，所述浸泡釜内壁上还可以覆盖有纳米陶瓷镀膜层。优选地，所述纳米陶瓷镀膜层成型温度低于200°C，厚度小于0. 01mm。具体地，所述温度检测器可以包括热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTDS)或者IC温度传感器。进一步地，所述浸泡釜上具有用于密封所述浸泡釜的缸盖，以及与加热缸相配合的飞边，所述飞边用于封闭所述加热缸，所述浸泡釜与缸盖之间通过螺栓连接固定。进一步地，所述实验装置还包括一导液管，插入至所述浸泡釜内。
具体地，所述压力检测器可以包括压阻式压力传感器、压电式压力传感器或者光导纤维压力传感器。所述压力控制系统还包括卸压装置，与所述浸泡釜和所述压力控制器连接。具体地，所述卸压装置可以包括自动调节阀，用于在压力控制器的控制下开启， 以降低所述浸泡釜内的压力。可选地，所述实验装置还包括一泄压管，与所述自动调节阀相连接。进一步地，所述导液管还设置有一手动阀。本发明的有益效果在于本发明实现了石油井下温度、压力、气液介质等环境的真实模拟。而且，本实验装置能够通过改变温度、压力、液相组成、气相组成，更换不同气液介质来考察试验样品在相应环境下的性能。并实现了环境参数的动态控制，使模拟更符合真实工况。与此同时，浸泡釜内表面采用了纳米陶瓷镀膜技术进行处理，具有高强度、高硬度、 耐腐蚀、抗沾粘等特性，使得装置耐腐蚀介质性能得到大幅提高，延长了实验装置使用寿命，而且装置易于清洗，实现了试验介质的更换方便，有效地降低了试验成本。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例的石油井下环境模拟实验装置的总装示意图；图2为本发明实施例的石油井下环境模拟实验装置的温度控制系统示意图；图3为本发明实施例的石油井下环境模拟实验装置的压力控制系统示意图；图4为本发明实施例的石油井下环境模拟实验装置浸泡釜内表面镀膜示意图。附图标号1、保温层；2、加热缸；3、加热设备；4、浸泡釜；5、纳米陶瓷镀膜层；6、温度控制器； 7、缸盖；8、温度检测器；9、导气管；10、比例加气装置；11、压力控制器；12、自动调节阀； 13、泄压管；14、传压管；15、压力检测器；16、压力表；17、导液管；18、手动阀。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供了一种石油井下环境模拟实验装置，能模拟石油井下温度、压力、气液介质等环境，特别适合油田井下工具及其材料环境模拟实验测试。图1为本发明实施例的石油井下环境模拟实验装置的总装示意图；图2为本发明实施例的石油井下环境模拟实验装置的温度控制系统示意图；图3为本发明实施例的石油井下环境模拟实验装置的压力控制系统示意图；图4为本发明实施例的石油井下环境模拟实验装置浸泡釜内表面镀膜示意图。请结合参阅图1-图4，该实验装置包括介质浸泡系
4统，温度控制系统和压力控制系统；所述温度控制系统和压力控制系统分别连接所述介质浸泡系统。上述介质浸泡系统包括浸泡釜4和加热缸2，该加热缸2围绕浸泡釜4并密封浸泡釜4。其中，浸泡釜4用于容纳实验介质，可选地呈圆筒状，浸泡釜4上可选地设置有缸盖 7，用于密封该浸泡釜4，使其构成密封状态；浸泡釜4的外侧设置有加热缸2，用于承装导热油，加热缸2围绕该浸泡釜4，在加热缸2的外侧可进一步覆盖一层保温层1，用来减少热量损失，保证试验温度。进一步地，浸泡釜4带有飞边，与加热缸2相配合，用于封闭该加热缸 2。具体地，该浸泡釜4与缸盖7之间可以通过螺栓连接固定。上述温度控制系统包括温度控制器6、加热设备3和温度检测器8，温度控制器6 分别与加热设备3和温度检测器8连接。其中，在加热缸2的一侧还可设置有供加热设备3 伸入的导孔，加热设备3通过该导孔伸入到浸泡釜4与加热缸2之间的加热腔中。可选地， 加热设备3可采用导热油加热棒、加热板、加热管中的至少一个。具体地，温度检测器8可以为热敏传感器或其它传感器，如热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTDS)或者IC温度传感器等。该温度检测器8，用于检测浸泡釜4内的温度，并将检测到的温度反馈于温度控制器6 ；温度控制器6比较反馈的浸泡釜4的温度与设定的温度，控制加热设备3停止加热或启动加热，或者调节其加热温度，以便对浸泡釜4的温度进行自动控制，使其温度达到实验所需的稳定温度值。通过设置加热设备3，温度检测器8，温度控制器6，加热缸2和保温层1，实现了试验所需温度的动态控制与监测。上述压力控制系统包括作为导气装置的导气管9、比例加气装置10、压力控制器 11和压力检测器15 ；其中，浸泡釜4缸盖上还设置有导气孔，用于插入导气管9。导气管9 的一端通过浸泡釜4的盖子上的导气孔插入到浸泡釜4内，另一端连接比例加气装置10 ； 压力检测器15和比例加气装置10分别连接压力控制器11，该压力检测器15可选地通过传压管14或者直接插入到浸泡釜4内，以检测浸泡釜4内的压力，并将检测到的压力反馈于压力控制器11。当压力不够需要加压时，压力控制器11控制比例加气装置10通过导气管 9向浸泡釜4内注入某种气体或按比例混合的混合气体，例如为氮气、空气等。具体地，该压力检测器15可以采用压阻式压力传感器、压电式压力传感器或者光导纤维压力传感器。可选地，该压力控制系统还可进一步包括卸压装置，与浸泡釜4和压力控制器11连接。可选地，该卸压装置包括自动调节阀12。当压力超过设定值时，压力控制器11控制自动调节阀 12打开，降低浸泡釜4内的压力。进一步地，还可设置一个与自动调节阀12相连接的泄压管13，用于提供自动调节阀12打开时，气体排放所需通道。通过设置压力检测器15，压力控制器11、比例加气装置10、自动调节阀12、传压管 14、压力表16等，实现试验所需压力的动态控制与监测，以保证浸泡釜4内的压力达到实验所需的稳定的压力值，并实现压力的无级调节。进一步地，该比例加气装置10，不仅用于调压，还可以用于向浸泡釜4注入S02、N2、 H2S等井下常见气体，以模拟石油井下实际环境。通过注入上述气体，可以改变浸泡釜4内的气相组成。进一步地，介质浸泡系统还包括一导液管17，伸入至浸泡釜4内，用于介质的实时取样，进行测试分析，考察某一具体环境对井下工件的影响。另外，该导液管17还可用于向
5浸泡釜4导入特定的液体，从而可改变浸泡釜4内的液相组成，真实模拟石油井下实际环境。此外，导液管17上还设置有一手动阀18，当手动阀18开启时，允许取样或注入液体。通过设置导液管17、手动阀18、导气管9、比例加气装置10等，实现了气液介质的加入、取样及更换。进一步地，浸泡釜4的内壁上还覆盖有一层纳米陶瓷镀膜层5，较佳地，该纳米陶瓷镀膜层成型温度低于200°C，厚度小于0. 01mm。本发明实施例在浸泡釜内表面采用了纳米陶瓷镀膜技术，使内表面强度、硬度、耐磨性能、防腐性能有效提升，同时纳米陶瓷颗粒在金属表面上产生荷叶效应，金属表面产生低表面张力，使得浸泡釜内表面具有很好的抗沾粘特性，易于清洗，方便试验介质的更换。以下描述本发明实施例的石油井下环境模拟实验装置的工作过程及工作原理按照试验要求的酸碱度、矿化度和组分，配制好液相浸泡介质，打开浸泡釜4上方的缸盖7，将浸泡介质放入浸泡釜4中，再将待测样品放入该介质中，并加缸盖7，放垫圈，上紧紧固螺栓；连接好控制柜(压力控制器11，温度控制器6)，并启动，设定所需的压力和温度，试验过程中，所述温度控制系统和所述压力控制系统实现浸泡釜中温度、压力的自动调节；如果需要加配气体，需在比例加气装置10中按比例配制，并通过比例加气装置10从导气管9输入；最后进行试验。本发明实施例在设计和制造中采用了特殊的结构和材料，使得石油井下环境模拟实验装置可以通过更换不同的试验样品和试验介质组成来考察各种材质样品(如金属材料，高分子材料，无机材料等)在一定温度(0 350°c )，一定压力(0 20MPa)下，于各种试验介质(如原油、酸液、碱液、各种溶剂、H2S等气液介质)中的性能。本设备主要用于石油行业中模拟油田井下环境。本发明实施例的有益效果是本试验仪能够通过改变温度、压力、介质酸碱度和矿化度、介质种类和组成来考察试验样品在相应环境下的性能。并实现了环境参数的动态控制，使模拟更符合真实工况。而且浸泡釜内表面经过处理具有强度高、硬度高、耐腐蚀等特性，利于更换介质、利于清洗。以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述实验装置包括介质浸泡系统、 温度控制系统和压力控制系统；所述温度控制系统和所述压力控制系统分别连接所述介质浸泡系统；所述介质浸泡系统包括浸泡釜和加热缸，所述加热缸围绕所述浸泡釜并密封所述浸泡釜；所述温度控制系统包括温度控制器、加热设备和温度检测器，所述加热设备和所述温度检测器分别连接所述温度控制器；所述加热设备伸入到所述浸泡釜和所述加热缸之间的空腔内，所述温度检测器伸入到所述浸泡釜内；所述压力控制系统包括导气装置、比例加气装置、压力控制器和压力检测器；所述导气装置的一端伸入到所述浸泡釜内，另一端连接所述比例加气装置，所述压力检测器和所述比例加气装置分别连接所述压力控制器，所述压力检测器伸入到所述浸泡釜内。
2.根据权利要求1所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述加热缸的外侧还覆盖一层保温层。
3.根据权利要求1所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述加热设备包括导热油加热棒、加热板、加热管中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述浸泡釜内壁上覆盖有纳米陶瓷镀膜层。
5.根据权利要求4所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述纳米陶瓷镀膜层成型温度低于200°C，厚度小于0. 01mm。
6.根据权利要求1所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述温度检测器包括热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器RTDS或者IC温度传感器。
7.根据权利要求1所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述浸泡釜上具有用于密封所述浸泡釜的缸盖，以及与加热缸相配合的飞边，所述飞边用于封闭所述加热缸，所述浸泡釜与缸盖之间通过螺栓连接固定。
8.根据权利要求1所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括一导液管，插入至所述浸泡釜内。
9.根据权利要求1所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述压力检测器包括压阻式压力传感器、压电式压力传感器或者光导纤维压力传感器。
10.根据权利要求1所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述压力控制系统还包括卸压装置，与所述浸泡釜和所述压力控制器连接。
11.根据权利要求10所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述卸压装置包括自动调节阀，用于在压力控制器的控制下开启，以降低所述浸泡釜内的压力。
12.根据权利要求11所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括一泄压管，与所述自动调节阀相连接。
13.根据权利要求8所述的石油井下环境模拟实验装置，其特征在于，所述导液管还设置有一手动阀。
全文摘要
本发明提供一种石油井下环境模拟实验装置，包括介质浸泡系统、温度控制系统和压力控制系统；温度控制系统和压力控制系统连接介质浸泡系统；介质浸泡系统包括浸泡釜和加热缸，加热缸围绕浸泡釜并密封浸泡釜；温度控制系统包括温度控制器、加热设备和温度检测器，加热设备和温度检测器连接温度控制器；加热设备伸入到浸泡釜和加热缸之间的空腔内，温度检测器伸入到浸泡釜内；压力控制系统包括导气装置、比例加气装置、压力控制器、压力检测器；导气装置的一端伸入到浸泡釜内，另一端连接比例加气装置，压力检测器和比例加气装置连接压力控制器，压力检测器伸入浸泡釜内。该装置实现了石油井下温度、压力、气液介质等环境的真实模拟。
文档编号G01N33/00GK102384957SQ201110241200
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者丁磊, 刘卫红, 刘玉文, 周贺, 姜红梅, 姜韦韦, 曲玉辰, 曹建, 朱富林, 李国玉, 李彪, 杜晓峰, 王今宇, 王昊, 田播源, 赵锋, 郑亮, 郭静, 陈健, 黄盛华 申请人:中国石油天然气股份有限公司