實物電偶腐蝕試驗裝置的製作方法

2023-06-12 15:07:32 1

本實用新型涉及一種實物電偶腐蝕試驗裝置，屬於石油開採與環保材料技術領域。

背景技術：

在油氣田勘探、開發的過程中，由於環境條件複雜苛刻，井下管柱往往需要將兩種不同材質的金屬連接在一起用於油氣等的輸送。但是在同一種輸送介質中，由於腐蝕電位不同，很容易發生異種金屬的接觸腐蝕，即發生電偶腐蝕，這種電偶腐蝕會加速腐蝕地點為材料而導致輸送管道發生穿孔甚至斷裂的現象，嚴重影響井下輸送作業的進行，甚至會發生極為危險的安全事故。因此，測試兩種不同金屬發生電偶腐蝕的具體情況對於油氣開採領域具有十分重要的意義。

目前電偶腐蝕試驗一共有兩類：實驗室試驗以及現場試驗。其中，實驗室試驗可孤立的研究某一因素的作用或幾個因素的共同作用。在不改變實際腐蝕機制的前提下可強化試驗條件，加速腐蝕試驗，縮短試驗周期。但是，實驗室試驗的條件環境與現場真實的條件環境差別較大，反映不出真實的現場實測數據。而現場試驗雖然能夠在實際環境中進行，並且數據真實、有代表性、參考性。但是現場試驗需要對底下埋置管道進行真實測試，周期較長，試驗裝置的安裝較繁瑣，影響生產，甚至當操作不當時會引發安全事故。

技術實現要素：

本實用新型提供一種實物電偶腐蝕試驗裝置，該裝置組成簡單，易於操作，能夠在實驗室中使用並且真實還原現場環境，如實反映金屬間的實際使用狀態，為現場防腐工藝提供有力的數據支持。

本實用新型提供一種實物電偶腐蝕試驗裝置，包括：

氣體供應單元、液體供應單元、壓力監測單元、供熱單元、第一管路、第一金屬容器和第二金屬，其中，所述第二金屬容置於所述第一金屬容器中並與所述第一金屬容器接觸，所述供熱單元用於向所述第一金屬容器供熱，所述壓力監測單元設置在所述第一管路上；

所述氣體供應單元與所述第一管路的第一接口連通，所述液體供應單元與所述第一管路的第二接口連通，所述第一金屬容器與所述第一管路的第三接口連通；

還包括氣體閥門、液體閥門、安全閥門，所述氣體閥門設置在所述第一接口與所述第二接口之間，所述液體閥門設置在所述液體供應單元與所述第二接口之間，所述安全閥門設置在所述第二接口與所述第三接口之間。

在一實施方式中，還包括第二管路，所述第二管路的入口與所述第一金屬容器連通，所述第二管路的出口設置有取樣閥。

在一實施方式中，所述液體供應單元包括驅替泵和液體儲存單元；

所述驅替泵與所述液體儲存單元的入口連通，所述液體儲存單元的出口與所述第二接口連通。

在一實施方式中，所述第一金屬容器包括兩端開口的第一金屬管道、第一密封件和第二密封件；所述第一密封件用於封堵所述第一金屬管道的一個開口，所述第二密封件用於封堵所述第一金屬管道的另一個開口。

在一實施方式中，所述第三接口通過所述第一金屬管道或者所述第一密封件與所述第一金屬容器連通；

所述第二管路通過所述第一金屬管道或者所述第二密封件與所述第一金屬容器連通。

在一實施方式中，所述壓力監測單元包括第一壓力表、第二壓力表；

所述第一壓力表設置在所述第一接口與所述第二接口之間，所述第二壓力表設置在所述第二接口與所述第三接口之間。

在一實施方式中，還包括第三壓力表，所述第三壓力表設置在所述第二管路的入口和所述取樣閥之間。

在一實施方式中，所述供熱單元為油浴鍋，所述第一金屬容器容置於所述油浴鍋中。

在一實施方式中，所述第二管路的出口插設在取樣容器中。

本實用新型的實物電偶腐蝕試驗裝置組成簡單，能夠在實驗室中使用，易於操作，能夠真實模擬現場環境並且實現與現場環境相吻合的試驗條件，如實的反應金屬材料的使用狀態，數據真實可靠，為現場防腐工藝提供了有力的數據支持，是一種能夠有效評價電偶腐蝕的試驗裝置。

附圖說明

圖1為本實用新型實物電偶腐蝕試驗裝置的模塊示意圖；

圖2為本實用新型的實物電偶腐蝕試驗裝置的具體示意圖；

圖3為第一金屬容器的具體腐蝕圖像。

具體實施方式

使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

圖1為本實用新型實物電偶腐蝕試驗裝置的模塊示意圖，請參考圖1，本實用新型的實物電偶腐蝕試驗裝置包括氣體供應單元1、液體供應單元2、壓力監測單元3、供熱單元4、第一管路、第一金屬容器5和第二金屬6，其中，第二金屬6容置於第一金屬容器5中並與第一金屬容器5接觸，供熱單元4用於向第一金屬容器5供熱，壓力監測單元3設置在第一管路上；氣體供應單元1與第一管路的第一接口連通，液體供應單元2與第一管路的第二接口連通，第一金屬容器5與第一管路的第三接口連通；還包括氣體閥門11、液體閥門21、安全閥門12，氣體閥門11設置在第一接口與第二接口之間，液體閥門21設置在液體供應單元2與第二接口之間，安全閥門12設置在第二接口和第三接口之間。

具體地，第一金屬容器5和第二金屬6分別為待檢測電偶腐蝕的兩種金屬，其中，第一金屬容器5為地下油氣輸送管路的金屬，第二金屬6為與地下油氣輸送管路連接的金屬，因此，第一金屬容器5為試驗電偶的電偶陰極，第二金屬6為試驗電偶的電偶陽極，並且在本實用新型中可以通過調整第二金屬6的尺寸來模擬現場環境中兩種電極的面積比。

氣體供應單元1能夠通過氣體閥門11和第一管路向第一金屬容器5中提供氣體，在本實用新型中，該氣體供應單元1可以具體為氣瓶，其中，具體供應氣體的種類可以根據現場環境中的真實氣體介質確定。

液體供應單元2能夠通過液體閥門21和第一管路向第一金屬容器5中提供液體，其中，具體供應液體的種類可以根據現場環境中的真實液體介質確定。

當真實地下環境中的流體介質為氣體時，可以通過關閉液體閥門21打開氣體閥門11和安全閥門12向第一金屬容器5中注入氣體直至充滿；當真實地下環境中的流體介質為液體時，可以通過關閉氣體閥門11打開液體閥門21和安全閥門12向第一金屬容器5中注入液體直至充滿；當真實地下環境中的流體介質為液體和氣體的混合時，可以先關閉氣體閥門11打開液體閥門21和安全閥門12向第一金屬容器5中注入液體，再關閉液體閥門21打開氣體閥門11向第一金屬容器5中注入氣體，直至充滿，其中，氣液兩種介質的比例根據地下真實環境而定。

安全閥門12能夠防止在試驗過程中第一金屬容器5中的流體介質發生倒流而返回至液體供應單元2或氣體供應單元1中，並且當氣體閥門11或者液體閥門21出現故障時，安全閥門12能夠作為應急閥門使用。同時，安全閥門12能夠有效提升裝置在試驗過程中的密閉性。

另外，壓力監測單元3能夠實時監測第一金屬容器5所處的壓力環境從而提供與現場環境一致的壓力，供熱單元4能夠為第一金屬容器5和第二金屬6提供與現場環境一致的溫度。

本實用新型的實物電偶腐蝕試驗裝結構簡單，第一金屬容器5與第二金屬6能夠模擬出真實地下環境中用於輸送油氣的兩種不同材質的金屬連接在一起的金屬管道，氣體供應單元1和液體供應單元2能夠為第一金屬容器5和第二金屬6提供與真實地下環境相同的流體介質，供熱單元4能夠還原出真實地下環境中金屬管道所處的溫度環境，壓力監測單元3能夠實時監測第一金屬容器5與第二金屬6所處的壓力環境，當第一金屬容器5與第二金屬6所處的壓力環境與真實地下環境中金屬管道所處的壓力不一致時，可以通過調節氣體供應單元1的氣量使第一金屬容器5與第二金屬6所處的壓力環境與真實地下環境中金屬管道所處的壓力相同。綜上，本實用新型能夠通過流體介質、溫度環境、壓力環境和待測金屬的種類真實的模擬出地下輸送管道所處的工作環境，因此可以如實的反映地下輸送管道的實際使用狀態，並且還能夠根據不同的待檢測的地下環境隨時進行調整，實用性極強。

具體使用時，首先需要對上述裝置中各個組件的條件按照真實地下環境進行調節控制，隨後持續該條件一段時間(一般為0.5-1個月)，取出第一金屬容器5和第二金屬6進行觀察和測量，並對第一金屬容器5中的流體介質進行金屬離子濃度的檢測(由於地下輸送油氣的主管道一般為鋼製材料，因此一般進行鐵離子的濃度測量)。如果當前流體介質中的金屬離子濃度與試驗前的流體介質中的金屬離子濃度相差不多，並且第一金屬容器5表面平整未發現明顯腐蝕，可以判斷當前待檢測的兩種金屬之間在該流體介質中幾乎不發生耦合腐蝕。如果取出的第一金屬容器5表面不平整有凹凸現象甚至穿孔，可以通過稱量當前第一金屬容器5的質量並且根據試驗前後的質量差，判斷第一金屬在當前流體介質中的腐蝕速度；或者通過測量第一金屬表面形成坑洞的平均深度，判斷第一金屬在當前流體介質中的腐蝕速度。由於本實用新型裝置能夠真實模擬地下環境中金屬管道所處的環境，因此得到的數據真實可靠，從而能夠通過得到的數據評價和預估地下真實管道未來的腐蝕情況，繼而根據該腐蝕情況適時的對地下管道進行維護。

進一步地，為了便於在試驗過程中實時監測第一金屬容器5和第二金屬6的變化，可以在上述裝置的基礎上加設第二管路。圖2為本實用新型的實物電偶腐蝕試驗裝置的具體示意圖，請參考圖2，第二管路的入口與第一金屬容器5連通，第二管路的出口設置有取樣閥51。在試驗進行的過程中，可以通過控制取樣閥51使第一金屬容器5中的流體介質由第二管路流出，隨後對流出的流體介質進行金屬離子濃度檢測，判斷在當前的時間段內是否已經發生電偶腐蝕情況。為了便於流出的流體介質的盛接，可以將第二管路的出口插設在取樣容器7中。

在本實用新型中，具體地液體供應單元2可以包括驅替泵22和液體儲存單元23，驅替泵22與液體儲存單元23的入口連通，液體儲存單元23的出口與第二接口連通。其中液體儲存單元23中儲存的液體即為地下環境中的真實液體介質，在使用時，可以打開液體閥門21和安全閥門12，通過驅替泵22將液體儲存單元23中儲存的液體通過第一管路輸入至第一金屬容器5中，一般的，需要將第一金屬容器5注滿。

另外，為了便於第一金屬容器5的製作，一般直接將地下輸送管道，即第一金屬管道52作為第一金屬容器5的主體，該第一金屬管道52兩端開口，因此可以通過第一密封件53和第二密封件54分別將兩端開口堵住，從而製作出能夠盛裝液體的第一金屬容器5。其中，第三接口通過第一金屬管道52或者第一密封件53與第一金屬容器5連通，第二管路通過第一金屬管道52或者第二密封件54與第一金屬容器5連通。由於第一管路、第二管路都會插入第一金屬管道52或者密封件上的開口從而使第一管路、第二管路分別與第一金屬容器5相通，因此為了防止第一金屬容器5中的流體介質洩漏，一般在試驗前需要對其氣密性進行測試。具體測試操作為：關閉取樣閥51、液體閥門21，打開氣體閥門11和安全閥門12，使氣體供應單元1向第一金屬容器5中充氣，如果第一金屬容器5的密閉性良好，壓力監測單元3的壓力會一直持續上升直至氣體充滿第一金屬容器5後停止變化，如果密閉性差，壓力監測單元3中的壓力幾乎不變，從而需要調整連接處以改善密閉性。

進一步地，為了更好地監測壓力，壓力監測單元包括第一壓力表31、第二壓力表32；第一壓力表31設置在第一接口與第二接口之間，第二壓力表32設置在第二接口與第三接口之間。還包括第三壓力表33，第三壓力表33設置在第二管路的入口和取樣閥51之間。通過三個分布在第一管路、第二管路不同位置的壓力表，不僅能夠準確監測該裝置中各個具體位置的壓力便於對壓力的調整控制，還能在出現壓力問題時快速判斷出壓力出現問題的具體位置。

進一步地，可以將供熱單元4具體為油浴鍋，第一金屬容器5容置於油浴鍋中。由於油浴鍋供熱穩定，在設定溫度下溫度變化在允許誤差範圍內，因此能夠更加準確的模擬出地下的真實溫度環境。同時，在進行密閉性檢測時，如果第一金屬容器5密閉性不佳，油浴中會出現冒泡的現象，便於觀察。

實施方式

以下，通過本實用新型實物電偶腐蝕試驗裝置的具體使用方法，使更加清楚的描述本實用新型裝置。

首先，確定待檢測的兩種金屬，以地下輸送管道的金屬作為第一金屬，以與地下輸送管道連接的金屬作為第二金屬6，當確定完畢後，將第一金屬製作成第一金屬容器5，並且通過調整第二金屬6的尺寸來調節第一金屬與第二金屬6的電極面積比。其中，為了便於第一金屬容器5的製作，可以直接選用相同於地下輸送管道的第一金屬管道52作為第一金屬容器5的主體，通過兩個密封件完成第一金屬管道52兩端的封堵。在該實施方式中，第一金屬管道52為長500mm的碳鋼套管，第二金屬6為13Cr型碳鋼的油管接箍。氣體供應單元1中的氣體為氮氣及二氧化碳，液體供應單元2中的液體為水(鐵離子濃度為3mg/L)，供熱單元4為油浴鍋。

然後，按照圖2中的連接關係完成該裝置的組裝。

組裝完成後，先對第一金屬容器5的氣密性進行檢測，具體操作為：關閉液體閥門21和取樣閥51，打開氣體閥門11並且使壓力與地下環境的壓力一致，向第一金屬容器5充氣，通過檢測第一金屬容器5的各個連接處在油浴中是否出現氣泡判斷密閉性是否良好，若未出現氣泡則表示密閉性佳，若出現氣泡則表示密閉性差，從而做出相應調整直至密閉性良好。

當檢測到第一金屬容器5密閉性良好後，由於真實地下環境的流體介質為水，因此關閉氣體閥門11，打開液體閥門21，直至第一金屬容器5中充滿水後，關閉液體閥門21。

隨後，按照真實地下環境的溫度調節油浴鍋的溫度，使第一金屬容器5處於目標溫度下，再根據真實地下環境的壓力打開氣體閥門11，當第一壓力表31、第二壓力表32和第三壓力表33均處於目標壓力下，關閉氣體閥門11。此時，第一金屬容器5和第二金屬6便被設置在真實的地下環境中。

一個月後，打開取樣閥51從第二管路的出口取少許液體進行鐵離子濃度檢測，鐵離子濃度為90mg/L，相較於試驗前的鐵離子濃度(3mg/L)明顯增加，可判斷第一金屬容器5和第二金屬6發生嚴重的電偶腐蝕。隨即關閉所有閥門，取出第一金屬容器5和第二金屬6觀察，圖3為第一金屬容器的具體腐蝕圖像。

本實用新型的試驗裝置組成簡單，能夠真實還原出地下油氣輸送管道的工作環境，如實反映金屬材料的具體使用狀態，數據真實可靠，為現場防腐工藝提供了有力的試驗依據。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。