本實(shí)用新型涉及一種井下腐蝕測試技術(shù)，具體的說是一種井下應(yīng)力腐蝕測試裝置。

背景技術(shù)：

油氣田開發(fā)生產(chǎn)工況環(huán)境普遍具有“高溫、高壓、高CO₂、高H₂S、高Cl^-、高礦化度”的特點(diǎn)，這些復(fù)雜苛刻的工況條件加之特殊的作業(yè)工藝導(dǎo)致油氣管柱發(fā)生應(yīng)力腐蝕失效。近年隨著CO₂驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)力腐蝕失效現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，給國民經(jīng)濟(jì)帶來重大損失。對油管及井下設(shè)備用金屬材料進(jìn)行服役環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕測試，可對金屬材料在特定工況環(huán)境中的實(shí)用性進(jìn)行評價并預(yù)測其使用壽命，指導(dǎo)選材和設(shè)備維護(hù)。

目前，國內(nèi)外研究應(yīng)力腐蝕通常采用的方法是在實(shí)驗(yàn)室常溫常壓下模擬工況介質(zhì)進(jìn)行靜態(tài)的恒應(yīng)變法、恒載荷法和慢應(yīng)變速率拉伸法(SSRT)應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)。這些測試方法只模擬了腐蝕介質(zhì)濃度條件，與真實(shí)工況偏離較大，只能對金屬材料的應(yīng)力腐蝕敏感性作定性評價。此外，還有少數(shù)模擬高溫高壓下環(huán)境應(yīng)力腐蝕裝置，如CN102706750A公開了一種高溫高壓恒載荷應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)方法和裝置，其實(shí)現(xiàn)金屬材料在一定應(yīng)力狀態(tài)下，處于高溫高壓氣相或液相腐蝕介質(zhì)作用下的恒載荷應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)，但其不能模擬工況環(huán)境中多相流沖刷的影響；CN105021455A公開了一種模擬金屬材料在實(shí)際工況條件下的應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置，并通過試件在裝置內(nèi)部轉(zhuǎn)動來模擬介質(zhì)對材料沖刷的影響。但該方法畢竟為實(shí)驗(yàn)室模擬方法，脫離了真實(shí)井下高溫、高壓、多相流沖刷綜合作用的工況條件，測試結(jié)果與真實(shí)情況存在差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中井下應(yīng)力腐蝕測試只模擬腐蝕介質(zhì)濃度條件、與真實(shí)工況偏離較大等不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠真實(shí)反應(yīng)被研究材料在井下環(huán)境的應(yīng)力腐蝕狀態(tài)信息的井下應(yīng)力腐蝕測裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

本實(shí)用新型一種井下應(yīng)力腐蝕測試裝置，具有應(yīng)力腐蝕測試單元，保護(hù)外殼以及連接接頭，其中應(yīng)力腐蝕測試單元為多組，安裝在保護(hù)外殼的空腔內(nèi)，連接接頭一端安裝在保護(hù)外殼尾端螺紋上，并壓緊保護(hù)外殼空腹腔內(nèi)安裝的腐蝕測試單元組，連接接頭另一端與井下裝置連接。

保護(hù)外殼周身開有長條形導(dǎo)流孔，井下腐蝕介質(zhì)通過導(dǎo)流孔進(jìn)入到應(yīng)力腐蝕測試單元。

應(yīng)力腐蝕測試單元包括應(yīng)力腐蝕試片、筒體、第一頂帽、第二頂帽以及加載頂絲，筒體為不銹鋼圓筒形結(jié)構(gòu)，周身開有多排介質(zhì)導(dǎo)流小孔，應(yīng)力腐蝕試片穿置于筒體中，兩端由個頂帽固定；加載頂絲由筒體側(cè)壁的螺紋孔進(jìn)入筒體內(nèi)，對應(yīng)力腐蝕試片進(jìn)行加載。

加載頂絲的絲帽頂端設(shè)有刻線，筒體上螺紋孔周圍設(shè)有刻度線，刻線與刻度線配合讀取應(yīng)力應(yīng)變量信息。

第一頂帽、第二頂帽均為凸臺圓柱狀，凸臺頂端面中間設(shè)有用于夾住應(yīng)力腐蝕試片的卡槽。

本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

1.本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)簡單，拆裝及操作方便，在不影響油氣井正常生產(chǎn)的情況下，實(shí)現(xiàn)井下環(huán)境的應(yīng)力腐蝕測試，真實(shí)反應(yīng)被研究材料在井下環(huán)境的應(yīng)力腐蝕狀態(tài)信息，為設(shè)備維護(hù)和選材提供依據(jù)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型裝置的應(yīng)力腐蝕測試單元結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型裝置的應(yīng)力腐蝕測試單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本實(shí)用新型裝置的現(xiàn)場安裝示意圖。

其中，1為應(yīng)力腐蝕測試單元，2為保護(hù)外殼，3為連接接頭，4為應(yīng)力腐蝕試片，5為筒體，6為頂帽，7為加載頂絲，8為抽油桿，9為油管，10為油井套管，11為井下應(yīng)力腐蝕測試裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，本實(shí)用新型一種井下應(yīng)力腐蝕測試裝置，具有應(yīng)力腐蝕測試單元1，保護(hù)外殼2以及連接接頭3，其中應(yīng)力腐蝕測試單元1為多組，安裝在保護(hù)外殼2的空腔內(nèi)，連接接頭3安裝在保護(hù)外殼2尾端螺紋上，并壓緊保護(hù)外殼2空腹腔內(nèi)安裝的腐蝕測試單元組。

本實(shí)施例中，一套應(yīng)力腐蝕測試裝置11安裝3組結(jié)構(gòu)相同的應(yīng)力腐蝕測試單元1，組間首尾相接，由連接接頭3在保護(hù)外殼2尾端壓緊；保護(hù)外殼2周身開有長條形導(dǎo)流孔，井下腐蝕介質(zhì)通過導(dǎo)流孔進(jìn)入到應(yīng)力腐蝕測試單元1。

保護(hù)外殼2為耐蝕合金材料制成的長管，長管一端為錐形，長管周身開有條形導(dǎo)流孔。

連接接頭3為耐蝕合金材料制成的兩端帶外螺紋的接頭，連接接頭3一端與保護(hù)外殼2連接，并壓緊保護(hù)外殼2空腔內(nèi)放置的應(yīng)力腐蝕測試單元1；連接接頭3另一端與抽油桿8或其他下井裝置連接，將應(yīng)力腐蝕測試單元1送入井下進(jìn)行應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。

如圖2、3所示，應(yīng)力腐蝕測試單元1為膠囊狀結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)力腐蝕試片4、筒體5、第一頂帽6a、第二頂帽6b以及加載頂絲7，應(yīng)力腐蝕試片4為長條形金屬試片，試片材質(zhì)與被研究設(shè)備的材質(zhì)相同，每個膠囊狀應(yīng)力腐蝕測試單元1包含2個頂帽。所述筒體優(yōu)選不銹鋼或耐蝕合金鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，周身開有多排介質(zhì)導(dǎo)流小孔。在筒體5的側(cè)壁中間位置開一處與加載頂絲7相配合的穿透型螺紋孔，用于固定加載頂絲7和加載操作。螺紋小孔周圍刻有刻度線，用于讀取試片變形量。

為避免與金屬測試試片發(fā)生電偶腐蝕，優(yōu)選的頂冒采用陶瓷材料制成。

頂冒6為凸臺圓柱狀，凸臺頂端面中間加工有與試片的寬×厚尺寸適宜的卡槽，用于夾住應(yīng)力腐蝕試片4。

所述加載頂絲7為陶瓷材料制成的帶六方螺帽的圓頭螺釘，加載頂絲7擰在筒體5的螺紋孔上，通過擰緊加載頂絲7對應(yīng)力腐蝕試片4進(jìn)行加載。

保護(hù)外殼2、連接接頭3和筒體5優(yōu)選耐蝕合金材料制成；為避免與金屬測試試片發(fā)生電偶腐蝕，第一頂帽6a、第二頂帽6b和加載頂絲7優(yōu)選絕緣陶瓷材料制成。

加載頂絲7的六方螺帽頂端刻一條刻度線，與筒體上的刻度線配合可讀取金屬試片的變形量。加載頂絲擰得越緊，加載的應(yīng)力越大，試片的應(yīng)變也就越大。

一套應(yīng)力腐蝕測試裝置可加裝多組應(yīng)力腐蝕測試單元1，加裝應(yīng)力腐蝕測試單元的數(shù)量和每組應(yīng)力試片加載的應(yīng)力應(yīng)變量可根據(jù)測試需求確定。

井下應(yīng)力腐蝕測試裝置在油井中的安裝方式如圖4所示，應(yīng)力腐蝕測試裝置11安裝于油管9內(nèi)，也可安裝在油管9與油井套管10之間的環(huán)形空間內(nèi)。井下應(yīng)力腐蝕測試裝置11固定在抽油桿8底端，并隨抽油桿作業(yè)時一起送到井下。

本實(shí)用新型采用以下方法進(jìn)行井下應(yīng)力腐蝕測試，步驟為：

步驟一，測試前準(zhǔn)備：

1)調(diào)研現(xiàn)場設(shè)備的受力條件，設(shè)備材質(zhì)，計算加載變形量；

2)準(zhǔn)備試片，根據(jù)安裝尺寸參數(shù)加工長條形應(yīng)力腐蝕試片4，經(jīng)研磨、清洗、稱重后備用；

步驟二，井下應(yīng)力腐蝕測試裝置的安裝：

3)分別將準(zhǔn)備好的應(yīng)力腐蝕試片4穿過筒體5，并用頂帽6固定；

擰動加載頂絲7給應(yīng)力腐蝕試片4進(jìn)行加載應(yīng)力，將每組應(yīng)力測試單元1加載到預(yù)設(shè)應(yīng)變量；

4)將應(yīng)力測試單元1依次裝入保護(hù)外殼2空腔內(nèi)，裝上連接接頭3并擰緊；

步驟三，井下應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)：

5)整套井下應(yīng)力腐蝕測試裝置11通過連接接頭3連接到抽油桿8底端或其他下井裝置上，隨之送到井下，進(jìn)行應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)；

6)試驗(yàn)周期結(jié)束后，取出應(yīng)力腐蝕測試裝置，取下應(yīng)力腐蝕試片；

步驟四，分析與評價：

7)若試片斷裂、清洗斷口，進(jìn)行斷口形貌觀察及作用機(jī)理分析；

8)若試片沒有斷裂，首先進(jìn)行試片表面腐蝕形貌及腐蝕產(chǎn)物分析，然后清洗腐蝕產(chǎn)物，稱重計算腐蝕速率；

9)之后將試片安裝于拉伸機(jī)和彎曲試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸和彎曲，測試出金屬材料力學(xué)性能損失率；

10)對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，對材料在井下環(huán)境應(yīng)力腐蝕敏感性作出評價。

本實(shí)用新型提供了一種用于油氣田井下應(yīng)力腐蝕測試的裝置，在不影響正常生產(chǎn)的情況下，能夠完成井下環(huán)境狀態(tài)對設(shè)備用金屬材料在不同應(yīng)力應(yīng)變下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，獲取井下環(huán)境對金屬試片的應(yīng)力腐蝕信息，以指導(dǎo)設(shè)備選材和維護(hù)。