一種模擬井下封隔器膠筒在高溫高壓下的腐蝕測試方法
2023-07-05 23:15:16 1
專利名稱：一種模擬井下封隔器膠筒在高溫高壓下的腐蝕測試方法
技術領域：
本發明涉及模擬油氣井封隔器膠筒在井下的腐蝕測試方法。
背景技術：
在石油工業的開採作業中，常在油管和套管之間安裝封隔器，利用封隔器膠筒徑向擴張變形分隔產層、隔絕井內液體 和壓力，以滿足油氣開採或井下作業的需要。近年來，隨著深井、超深井，特別是酸性深井、超深井的開發，封隔器膠筒的服役環境非常惡劣，長期處於高溫、高壓環境中，同時還受到硫化氫、蒸汽、酸等的腐蝕破壞。在高溫、高壓、高含硫化氫和二氧化碳條件下，封隔器膠筒容易發生油溶脹、老化、過度交聯等現象，從而導致膠筒材料硬度上升、強度下降、彈性下降，膠筒與套管之間的彈性接觸應力被釋放，腐蝕性介質竄入油套環空，直接威脅到操作人員和油氣井井筒安全。因此，研究封隔器膠筒在高溫高壓的腐蝕環境中的性能非常必要。目前，對封隔器膠筒的室內試驗研究，主要有耐流體浸蝕試驗、應力鬆弛試驗等，均是採用浸泡的方法測試膠筒橡膠耐腐蝕性能，包括完全浸沒法和單面接觸法。上述腐蝕測試方法存在以下問題(I)現有的封隔器膠筒腐蝕測試方法未模擬真實的井下高溫高壓腐蝕環境，使得測試結果不能準確地反映封隔器膠筒在井下的腐蝕情況；(2)現有的測試方法，封隔器膠筒在腐蝕測試時處於自由狀態，而封隔器膠筒的實際工作狀態是處於複雜的應力狀態；(3)現有的封隔器膠筒腐蝕測試方法只是單一地進行氣相或者液相的腐蝕測試，未模擬井下封隔器膠筒兩側分別受氣液兩相腐蝕的實際工況。為解決模擬現場工作狀態下對封隔器膠筒的腐蝕測試問題，本發明提出一種封隔器膠筒在高溫高壓下的腐蝕測試方法。
發明內容
本發明的目的在於提供一種模擬井下封隔器膠筒在高溫高壓下的腐蝕測試方法。本發明採用了以下技術方案在高壓釜內放置模擬試樣，模擬試樣由封隔器膠筒、螺栓、螺母組成，封隔器膠筒套於螺栓上，螺母與螺栓配合，旋緊螺母可使螺栓上的膠筒產生變形並與高壓釜內壁緊密接觸，將高壓釜分隔為上部和下部。由高壓釜上部的進氣管線通入試驗氣體，由高壓釜下部的進液管線通入試驗液體，以模擬封隔器膠筒一面接觸氣相而另一面接觸液相的工況。通入的試驗氣體及試驗液體的種類及其壓力、溫度均可改變。採用不同的封隔器膠筒材料可分別測試試驗材料在試驗工況下的腐蝕情況。施加不同壓縮載荷可分別測試不同膨脹狀態下膠筒材料的耐腐蝕性能。本發明的優點是(I)較真實地模擬了井下高溫高壓的腐蝕環境，使測試結果更加準確；
(2)模擬了封隔器兩側分別受氣、液相腐蝕的工況，使測試結果更加真實；(3)可測試不同材質的封隔器膠筒在不同溫度壓力的氣、液體下的腐蝕情況；(4)可測試膠筒材料在不同壓縮載荷引起的不同膨脹狀態下的耐腐蝕性能。
圖I為本發明實驗裝置結構示意圖。圖2為試樣A示意圖。圖3為螺栓3示意圖。圖4為螺母4示意圖。
具體實施方式
·參看圖1，在高壓釜I內放置模擬試樣A，模擬試樣A用支架9支撐。模擬試樣A由封隔器膠筒2、螺栓3、螺母4組成。封隔器膠筒2套於螺栓3上，螺母4與螺栓3配合，旋緊螺母4可使螺栓3上的封隔器膠筒2產生變形並與高壓釜I緊密接觸，將高壓釜I分隔為上部和下部。由高壓釜I上部的進氣管5通入試驗氣體，由高壓釜I下部的進液管線6通入試驗液體，使封隔器膠筒2上部與氣相接觸，而下部與液相接觸。試樣A的擰緊過程在釜中進行。將試樣A置於支架9上，用擰緊工具固定螺栓3、擰緊螺母4，使膠筒2產生變形並與高壓釜I緊密接觸。通入的試驗氣體及試驗液體的種類和壓力、溫度均可根據試驗需要而改變。試驗液體可採用環空保護液、柴油；試驗氣體可採用h2s、co2、ch4、n2或混合氣體；試驗壓力為常壓到70MPa ;試驗溫度為常溫到200°C。採用不同的封隔器膠筒材料可分別測試該材料在試驗工況下的腐蝕情況，通常採用的封隔器膠筒材料為氟矽橡膠、氟碳橡膠、丁晴橡膠等。施加不同壓縮載荷可分別測試不同膨脹狀態下膠筒材料的耐腐蝕性能。高壓釜I的釜體和釜蓋均採用耐蝕合金鋼製造。高壓釜外有加熱層7，隔熱層8。加熱層7採用電阻絲加熱，隔熱層8採用玻璃纖維隔熱。如果採用多個高壓釜並聯，可試驗不同的封隔器膠筒材料在相同的氣、液相作用下的腐蝕情況。實施例I :運用此方法，進行了氟碳橡膠，氟矽橡膠和四丙氟橡膠(AFLAS)膠筒在120°C的腐蝕試驗。氣相介質為20vol%H2S、5vol%C02、75vol%CH4，壓力60MPa ;液相介質為CF含量50000ppm的NaCl溶液，壓力20MPa。試驗時間168小時。試驗過程中氟碳橡膠和氟矽橡膠密封功能均失效，取出後觀察到氟碳橡膠、氟矽橡膠膠筒變形、破損；四丙氟橡膠(AFLAS)膠筒密封功能良好，變形較小。實施例2 :在溫度90°C，氣相介質為CO2，氣相壓力35MPa ;液相介質為Cl_含量6217mg/L的NaCl溶液，液體壓力20MPa的條件下進行四丙氟橡膠(AFLAS)膠筒腐蝕實驗，試驗時間168小時。四丙氟橡膠(AFLAS)膠筒密封功能良好。
權利要求
1.一種模擬井下封隔器膠筒在高溫高壓下的腐蝕測試方法，其特徵在於在高壓釜(I)內放置模擬試樣(A)，模擬試樣(A)由封隔器膠筒(2)、螺栓(3)、螺母(4)組成，封隔器膠筒(2)套於螺栓(3)上，螺母(4)與螺栓(3)配合，旋緊螺母(4)可使螺栓(3)上的膠筒(2)產生變形並與高壓釜(2)的內壁緊密接觸，將高壓釜(2)分隔為上部和下部，由高壓釜(I)上部的進氣管線(5)通入試驗氣體，由高壓釜(I)下部的進液管線(6)通入試驗液體，以模擬封隔器膠筒一面接觸氣相而另一面接觸液相的工況。
2.根據權利要求I所述的一種模擬井下封隔器膠筒在高溫高壓下的腐蝕測試方法，其特徵在於高壓釜(I)外壁設置有加熱層(7)和隔熱層(8)，高壓釜(I)的釜體和釜蓋均採用耐蝕合金鋼製造。
3.根據權利要求I所述的一種模擬井下封隔器膠筒在高溫高壓下的腐蝕測試方法，其特徵在於試驗壓力在常壓到70MPa之間，試驗溫度在常溫到200°C之間。
全文摘要
本發明公開了一種模擬井下封隔器膠筒在高溫高壓下的腐蝕測試方法。其特徵是在高壓釜內放置模擬試樣，模擬試樣由封隔器膠筒、螺栓、螺母組成，封隔器膠筒套於螺栓上，螺母與螺栓配合，旋緊螺母可使螺栓上的膠筒產生變形並與高壓釜壁緊密接觸，將高壓釜分隔為上部和下部。由高壓釜上部的進氣管線通入試驗氣體，由高壓釜下部的進液管線通入試驗液體，以模擬封隔器膠筒一面接觸氣相而另一面接觸液相的工況。通入的試驗氣體及試驗液體的種類及其壓力、溫度均可改變。採用不同的膠筒材料可分別測試試驗材料在試驗工況下的腐蝕情況。施加不同壓縮載荷可分別測試不同膨脹狀態下膠筒材料的耐蝕性能。本發明較真實地模擬了井下工況，測試結果較準確。
文檔編號G01N17/00GK102879321SQ20121040175
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者林元華, 曾德智, 田剛, 朱紅鈞, 王其軍, 武元鵬, 鄧寬海, 謝娟, 施太和, 黃韻 申請人:西南石油大學