专利名称：油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置和测试方法
技术领域：
本发明涉及油田开采工具性能测试领域，属于一种油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置和测试方法，用于评价油井管柱在高温、油井腐蚀条件及高速含砂流体冲蚀下的抗破坏性能。
背景技术：
冲蚀是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象。油井管柱是石油开采的必需设备，主要包括钻杆、套管、油管、防砂管等。油井井下环境非常恶劣，存在高温、腐蚀、冲蚀对油井管柱的综合作用，高温和腐蚀作用会加剧油井管柱的冲蚀破坏，严重影响了油井管柱的安全可靠性和使用寿命，给油田开采造成巨大的经济损失，并且容易引发安全事故。因此，需要开发一种测试油井管柱抗高温腐蚀冲蚀性能的试验装置，以及测试评价方法，以便深入研究油井管柱在高温、腐蚀及冲蚀作用下的破坏机理，指导油井管柱的优化设计和合理选材。
目前油井管柱高温腐蚀性试验一般在自制的高温高压釜中进行，其基本结原理为:将高温高压釜与N2气瓶、CO2气瓶和H2S气瓶相连。利用导热油或电加热棒对高温高压釜加热。先通入N2除去高压釜中介质溶液中的溶解氧，再通入CO2和H2S,模拟油井实际的CO2和H2S分压，进行油井管柱材料的静态或动态腐蚀试验。
能够用来进行油井管柱冲蚀试验的装置有很多种类，主要有旋转式、离心式和射流式。旋转式冲蚀试验装置是目前用来测试材料冲刷腐蚀性能的常用装置，它利用试样在盛有腐蚀性浆体的罐体中高速旋转，通过试样与浆体之间的相对运动来实现浆体对试样的冲刷腐蚀磨损。这种装置存在的主要缺点是，工作时罐体中的浆体产生涡流，使冲蚀角度和冲蚀速度无法控制。
中国专利CN 20092449 Y公开了一种离心式浆体冲蚀磨损试验装置，浆体由进浆管进入空心轴，电机通过联轴器带动空心轴运动，浆体通过空心轴高速旋转产生的离心惯性力的作用，由空心轴的水平出口高速甩出，冲击试件，从而实现浆体对试件表面的冲蚀。这种装置的缺点是，粒子的运动轨迹、冲蚀角、粒子流量等各种参数需要根据试验条件加以计算，并且浆体中的粒子容易沉降，浆体混合不均匀，造成粒子流量不稳定，从而影响试验结果。
中国专利CN 201716245 U公开了一种试件表面冲蚀磨损试验装置，该装置为射流式冲蚀试验装置，水泵将水箱中的水输送至喷枪的混合腔内，产生负压，将储砂槽内的粒子吸入混合腔，与水混合后形成高速混砂液，经过喷嘴喷出，冲击试样表面，从而对试样产生冲蚀作用。这种装置的主要缺点是，浆体的粒子浓度受浆体的射流速度影响，射流速度增大，粒子浓度同时增大，因此要实现粒子浓度精确控制比较困难。
因此，无论上述哪种方式都存在粒子流量难以控制的问题。发明内容
本发明提供一种油井管柱高温腐蚀冲蚀性能的试验装置和测试方法，以解决现有的试验中，粒子流量难以控制的问题。
为此，本发明提出一种油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置，所述油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置包括:
高压釜，所述高压釜具有出砂口和出液口 ；
螺旋给料器，所述螺旋给料器的进口端与所述高压釜的出砂口连接；
水泵，所述水泵的进口端通过粒子过滤装置与所述高压釜的出液口连接；
混合器，连接所述螺旋给料器的出口端和所述水泵的出口端，所述水泵的出口端上设有流量计；
喷嘴，连接所述混合器并且伸入到所述高压釜中。
进一步地，所述油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置还包括:设置在所述高压釜中试样架以及设置在所述试样架上的支撑试样的支撑板。
进一步地，所述粒子过滤装置包括:设置在所述高压釜中的挡砂网，所述挡砂网位于所述水泵的进口端的上游。
进一步地，所述粒子过滤装置还包括:管道过滤器，所述管道过滤器位于所述挡砂网和所述水泵的进口端之间，所述管道过滤器的过滤口径小于所述挡砂网的过滤口径。
进一步地，所述高压釜具有加入砂粒的上部端口和位于所述上部端口侧下方向的上封盖，所述试样架位于所述上部端口之下并位于所述上封盖的内侧。
进一步地，所述混合器包括:混合腔，所述混合腔具有进砂口、进液口和出口，所述进砂口连接所述螺旋给料器的出口端，所述进液口连接所述水泵的出口端，所述出口连接所述喷嘴。
进一步地，所述混合器包括:设置在所述混合腔内的喷射口，所述进液口通过所述喷射口连接所述水泵的出口端。
进一步地，所述混合腔为圆柱形，所述混合腔水平设置，所述进砂口竖直设置，所述喷射口水平设置，所述进砂口位于所述出口与所述喷射口之间。
进一步地，所述油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置还包括:设置在所述高压釜的出砂口处的Y型三通，所述Y型三通的第一端与所述螺旋给料器的进口端相连，所述Y型三通的第二端安装一个作为排砂口的阀门，所述Y型三通的第三端与所述高压釜的出砂口连接。
进一步地，所述支撑板角度可调的连接在所述的试样架上。
本发明还提供一种油井管柱高温腐蚀冲蚀性能测试方法，所述测试方法采用权利要求前面所述的油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置，所述测试方法包括以下步骤:
A:配制模拟油井腐蚀介质的试验流体和选定试验砂粒，然后将试验流体和试验砂粒加入到高压釜中并加热高压釜；
B:启动水泵，从加热的试验流体中过滤掉加热的试验砂粒后，将加热的试验流体从高压釜输送到水泵；
C:通过螺旋给料器以螺旋给料的方式，从过滤出来的加热的试验砂粒中定量向混合器提供加热的试验砂粒，同时通过水泵向混合器输送不含砂粒的试验流体，使得加热的定量的试验砂粒与不含砂粒的试验流体在混合器中混合形成冲蚀流体；
D:使用携带定量的试验砂粒的冲蚀流体对试样进行冲蚀。
进一步地，步骤B具体包括::两次过滤，第一次过滤掉较大颗粒的砂粒并将较大颗粒的砂粒输送到螺旋给料器，第二次过滤掉较小颗粒的砂粒。
进一步地，所述测试方法具体包括以下步骤:
El:从油井管柱上切割一块样件，加工成试样，并测量试样的质量mQ ；
E2:配制模拟油井腐蚀介质的试验流体，和选定试验粒子(或砂粒)的粒径，将试验流体和试验粒子(或试验砂粒)从高压釜上部端口加入到高压釜中；
E3:将试样安装在试样架上，调节试验要求的冲蚀角度，再将试样架固定在悬挂板上，并关闭高压釜上部端口 ；
E4:加热高压釜；
E5:打开氮气气瓶阀门，向高压釜中通入氮气除去流体中的溶解氧，通气3小时后，关闭闻压爸排气口 ；
E6:打开硫化氢气瓶阀门和二氧化碳气瓶阀门，调节硫化氢和二氧化碳的分压达到预定值；
E7:再打开氮气气瓶阀门，调节高压釜内总压达到预定值；
E8:启动水泵，控制水泵转速，将流体冲蚀速度调节到预定值；
E9:启动螺旋给料器电机，控制螺旋给料器转速，将试验砂粒的流量调节到预定值，并与水泵中的试验流体混合形成冲蚀流体进行冲蚀试验，开始计时；
E10:当试验达到预定测试时间后，关闭电机、水泵和停止加热高压釜，并关闭全部气瓶的阀门，打开排气口和高压釜上部端口，排出高压釜内气体；
Ell:待试样冷却后，将试样取出，将其表面的杂质清除干净并吹干后称重，测量试样冲蚀后的质量％;
E12:测量试样冲蚀前后的质量，以及测试时间和粒子流量，按照下式计算冲蚀腐蚀磨损率:
权利要求
1.一种油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置，其特征在于,所述油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置包括: 高压釜，所述高压釜具有出砂口和出液口 ； 螺旋给料器，所述螺旋给料器的进口端与所述高压釜的出砂口连接； 水泵，所述水泵的进口端通过粒子过滤装置与所述高压釜的出液口连接； 混合器，连接所述螺旋给料器的出口端和所述水泵的出口端，所述水泵的出口端上设有流量计； 喷嘴，连接所述混合器并且伸入到所述高压釜中。
2.如权利要求1所述的油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置，其特征在于，所述粒子过滤装置包括:设置在所述 高压釜中的挡砂网，所述挡砂网位于所述水泵的进口端的上游。
3.如权利要求2所述的油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置，其特征在于，所述粒子过滤装置还包括:管道过滤器，所述管道过滤器位于所述挡砂网和所述水泵的进口端之间，所述管道过滤器的过滤口径小于所述挡砂网的过滤口径。
4.如权利要求1所述的油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置，其特征在于，所述混合器包括:混合腔，所述混合腔具有进砂口、进液口和出口，所述进砂口连接所述螺旋给料器的出口端，所述进液口连接所述水泵的出口端，所述出口连接所述喷嘴。
5.如权利要求4所述的油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置，其特征在于，所述混合器包括:设置在所述混合腔内的喷射口，所述进液口通过所述喷射口连接所述水泵的出口端。
6.如权利要求5所述的油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置，其特征在于，所述混合腔为圆柱形，所述混合腔水平设置，所述进砂口竖直设置，所述喷射口水平设置，所述进砂口位于所述出口与所述喷射口之间。
7.如权利要求1所述的油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置，其特征在于，所述油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置还包括:设置在所述高压釜的出砂口处的Y型三通，所述Y型三通的第一端与所述螺旋给料器的进口端相连，所述Y型三通的第二端安装一个作为排砂口的阀门，所述Y型三通的第三端与所述高压釜的出砂口连接。
8.一种油井管柱高温腐蚀冲蚀性能测试方法，其特征在于，所述测试方法采用权利要求I至7中任一项所述的油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置，所述测试方法包括以下步骤: A:配制模拟油井腐蚀介质的试验流体和选定试验砂粒，然后将试验流体和试验砂粒加入到高压釜中并加热高压釜； B:启动水泵，从加热的试验流体中过滤掉加热的试验砂粒后，将加热的试验流体从高压釜输送到水泵； C:通过螺旋给料器以螺旋给料的方式，从过滤出来的加热的试验砂粒中定量向混合器提供加热的试验砂粒，同时通过水泵向混合器输送不含砂粒的试验流体，使得加热的定量的试验砂粒与不含砂粒的试验流体在混合器中混合形成冲蚀流体； D:使用携带定量的试验砂粒的冲蚀流体对试样进行冲蚀。
9.如权利要求8所述的油井管柱高温腐蚀冲蚀性能测试方法，其特征在于，步骤B具体包括::两次过滤，第一次过滤掉较大颗粒的砂粒并将较大颗粒的砂粒输送到螺旋给料器，第二次过滤掉较小颗粒的砂粒。
10.如权利要求8所述的油井管柱高温腐蚀冲蚀性能测试方法，其特征在于,所述测试方法具体包括以下步骤: El:从油井管柱上切割一块样件，加工成试样，并测量试样的质量Hitl ； E2:配制模拟油井腐蚀介质的试验流体，和选定试验砂粒的粒径，将试验流体和试验砂粒从高压釜上部端口加入到高压釜中； E3:将试样安装在试样架上，调节试验要求的冲蚀角度，再将试样架固定在悬挂板上，并关闭高压釜上部端口； E4:加热闻压爸； E5:打开氮气气瓶阀门，向高压釜中通入氮气除去流体中的溶解氧，通气3小时后，关闭高压釜排气口； E6:打开硫化氢气瓶阀门和二氧化碳气瓶阀门，调节硫化氢和二氧化碳的分压达到预定值； E7:再打开氮气气瓶阀门，调节高压釜内总压达到预定值； ES:启动水泵，控制水泵转速，将流体冲蚀速度调节到预定值； E9:启动螺旋给料器电机，控制螺旋给料器转速，将试验砂粒的流量调节到预定值，并与水泵中的试验流体混合形成冲蚀流体进行冲蚀试验，开始计时； ElO:当试验达到预定测试时间后，关闭电机、水泵和停止加热高压釜，并关闭全部气瓶的阀门，打开排气口和高压釜上部端口，排出高压釜内气体； Ell:待试样冷却后,将试样取出，将其表面的杂质清除干净并吹干后称重，测量试样冲蚀后的质量Hl1 ； E12:测量试样冲蚀前后的质量，以及测试时间和砂粒流量,按照下式计算冲蚀腐蚀磨损率:
全文摘要
本发明提出一种油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置和测试方法，所述油井管柱高温腐蚀冲蚀性能试验装置包括高压釜，所述高压釜具有出砂口和出液口；螺旋给料器，所述螺旋给料器的进口端与所述高压釜的出砂口连接；水泵，所述水泵的进口端通过粒子过滤装置与所述高压釜的出液口连接；混合器，连接所述螺旋给料器的出口端和所述水泵的出口端，所述水泵的出口端上设有流量计；喷嘴，连接所述混合器并且伸入到所述高压釜中。所述测试方法包括从加热的试验流体中过滤掉加热的试验砂粒后，将加热的试验流体从高压釜输送到水泵。本发明能够独立控制粒子冲蚀速度、粒子流量和冲蚀角度，使得实验结果更为准确，更有针对性。
文档编号G01N3/56GK103149144SQ20131006399
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者匡韶华, 王宝权, 张建军, 石磊, 于丽宏, 佟姗姗, 柳燕丽, 陈楠 申请人:中国石油天然气股份有限公司