油水交替潤濕腐蝕模擬裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明油氣管道腐蝕風險評價領域，具體涉及一種油水交替潤濕腐蝕模擬裝置及 方法。
【背景技術】
[0002] 油氣輸送管道腐蝕風險的評價對確保安全生產和穩(wěn)定運行至關重要。為揭示其腐 蝕規(guī)律、實現腐蝕壽命預測，該領域已經建立了多種研究方法來模擬或重現油氣管道現場 腐蝕工況環(huán)境。按照各類裝置所實現的功能差異，主要總結如下： (1)普通三電極電化學測試系統(tǒng)：該實驗方法主要側重于研究水溶液中各種離子對碳 鋼管道腐蝕的影響，例如Cl、0)2和H2S等濃度或分壓，借助電化學測試技術快速響應的特 點，可以研究碳鋼腐蝕的動力學過程，是揭示微觀腐蝕機制的重要手段。該方法一般要求溶 液介質具有較高的電導率，因此在含原油介質中，其得到的測試數據有一定的離散性。該方 法廣泛應用于模擬油田采出水溶液介質中材質的腐蝕行為，而難以模擬實際油水輸送介質 特性及腐蝕規(guī)律。
[0003] (2)高溫高壓釜模擬實驗系統(tǒng)：該實驗系統(tǒng)為油田采出液腐蝕介質提供密閉環(huán)境， 對于研究高壓和高溫條件下的碳鋼腐蝕行為具有明顯優(yōu)勢，但對于模擬油水兩相介質腐蝕 測試，該方法存在很大局限性。研究表明，利用高溫高壓釜可以研究油包水型乳狀液腐蝕規(guī) 律，但其前提是在非常高的轉速下易實現釜內介質的均勻化。另外，Nesic等采用特殊設計 的臥式釜體，可以使旋轉樣品實現油水兩相交替潤濕的腐蝕模擬，這些嘗試拓展了高壓釜 體在腐蝕研究中的適用范圍。一般通過腐蝕掛片失重的方法獲得腐蝕速率評價，同時也有 研究將高溫高壓電化學測試方法和腐蝕探針等技術引入高壓釜體模擬測試中，全面反映特 殊極端環(huán)境中材料的腐蝕性能。
[0004] (3)小型環(huán)道式油水分散介質腐蝕測試系統(tǒng)：為理解油水兩相介質中碳鋼的腐蝕 規(guī)律，NACE建議了一種乳狀液或油水分散相的腐蝕性評價方法。該方法依據于一套小型環(huán) 路裝置，包括攪拌釜、栗和測試管路等幾部分。該方法可以通過改變混合介質的含水率確定 乳狀液的轉相點；同時可借助測試探頭確定管壁局部潤濕特征等，例如可以分辨油潤濕、水 潤濕和油水交替潤濕等三種情況，但不能實現對油水交替潤濕行為的詳細描述。該環(huán)路系 統(tǒng)中，腐蝕速率的測試一般需要借助于成熟的腐蝕監(jiān)測探針技術。
[0005] (4)大型環(huán)道式多相流腐蝕模擬系統(tǒng)：一些知名研究機構和石油公司均建造了大 型油氣水多相流腐蝕模擬實驗環(huán)道裝置，其主要目的是對現場油氣生產環(huán)境腐蝕規(guī)律做出 直接評價，通常稱為"內腐蝕直接評價技術"。該類裝置的特點是最大程度仿真模擬現場管 道內的流型及油水潤濕狀態(tài)，同時監(jiān)測特定位置腐蝕速率。根據國內外報道，在大型試驗環(huán) 路上可以通過腐蝕探針、腐蝕掛片、Fe 2+離子檢測等多種技術監(jiān)測流動過程中腐蝕速率的變 化，還可以控制流體介質的含水率、氣液比及流速等多種工藝參數，同時借助輔助測試手段 可獲得潤濕類型、流體流型、壓差、近壁剪切應力等流體參量的測量。目前，這類技術對研究 油氣集輸管道腐蝕問題的重要意義已得到學界高度認同。為達到與現場實際情況的較高程 度吻合，試驗環(huán)路規(guī)模較大，管道直徑為2英寸至4英寸不等，直管段長度一般需要達到管 道直徑的200倍以上，從而占據較大的實驗室空間。單次試驗所需要的原油、溶液介質、CO2 氣等用量較大，功耗和人力需求較多。另外，在實驗過程中也需要考慮廢液處理等問題。
[0006] (5)油田集輸系統(tǒng)緩蝕劑評價方法：實驗室內驗證一種緩蝕劑的效果經常依據于 兩種測試方法，即電化學方法和腐蝕掛片失重法。一般來講，電化學方法測試緩蝕劑在水溶 液中的緩蝕效果簡潔快速；腐蝕失重法則可以模擬緩蝕劑在高溫高壓或是模擬現場環(huán)境中 的作用效果。然而，緩蝕劑的現場應用往往存在與實驗室測試差異較大的情況。其中，油氣 集輸系統(tǒng)或是污水系統(tǒng)均含有一定量的原油，這將導致緩蝕劑效果的明顯改變，長期困擾 著實驗室內緩蝕效果的評價。當然，通過建造大型多相流腐蝕模擬環(huán)路裝置，可以實現緩蝕 劑從實驗室到現場的對接與規(guī)律摸索，但實驗室內緩蝕劑評價仍然缺少一種簡易、快速的 評估方法。
[0007] 從現有實驗研究方法來看，對于油田現場油水兩相混合輸送的管道腐蝕模擬仍有 待改進。其中，最突出的問題是無法做到將油水交替潤濕行為定量表征，并與腐蝕監(jiān)測信號 實時對應。而這些信息或關聯(lián)性對于全面理解油氣輸送管道的腐蝕規(guī)律與腐蝕風險預測具 有決定性的意義。因此，目前的技術主要存在以下不足： (1) 傳統(tǒng)三電極電化學系統(tǒng)需要溶液介質具有較高導電性，因此在含油介質中難以進 行測試，限制了微觀腐蝕機制的認識； (2) 腐蝕失重測試方法在油水交替潤濕或油水分散介質中控制試片所處環(huán)境，且只能 獲得最終腐蝕數據或形貌，缺少油水與試片接觸潤濕等必要的環(huán)境參數； (3) 腐蝕模擬環(huán)路裝置可以實現油水兩相流型或潤濕特性與腐蝕關系研究，但對油水 兩相潤濕狀態(tài)辨識過于宏觀，特別是對于油水交替潤濕狀態(tài)難以實現定量研究，借助腐蝕 探針等技術對腐蝕信號的采集也難以與管道內壁交替潤濕狀態(tài)形成對照； (4) 大型油氣水多相流腐蝕模擬裝置的運行與維護難度大，耗費人力物力巨大，也成為 制約油水兩相或油氣水三相流腐蝕規(guī)律定量研究的原因之一。
[0008] 油田現場緩蝕劑效果評價亟需發(fā)展一種適用于含原油介質中腐蝕信號快速響應 與腐蝕速率評價技術。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明要解決的技術問題是：油田采出液管道內壁常處于油水交替潤濕狀態(tài)，這 也是導致管道不同部位非均勻腐蝕穿孔的主要原因之一。然而，目前尚缺乏對其腐蝕規(guī)律 的認識。主要難點在于（1)油水交替潤濕狀態(tài)的模擬；（2)含原油環(huán)境中瞬時腐蝕信號的 獲取。為研究油水交替潤濕過程，一般將潤濕行為與腐蝕行為分別研究，缺少對應性和相關 性的理解，阻礙了腐蝕機理的澄清。
[0010] 本發(fā)明涉及油氣生產過程中腐蝕仿真模擬測試裝置，主要為定量表征管道內壁在 油水交替性作用條件下，腐蝕信號的快速響應與記錄，從而提供一種原油潤濕條件下腐蝕 評價方法。本裝置將作為揭示原油緩蝕作用和腐蝕規(guī)律的基礎實驗裝置，同時為原油集輸 管道內緩蝕劑效果評價提供可靠、便捷的方法。
[0011] 本發(fā)明提供的油水交替潤濕腐蝕模擬裝置，包括： 電化學信號處理系統(tǒng)，其為一可記錄電流信號的電化學工作站，該電化學工作站具有 工作電極端子、參比電極端子和對電極端子； 油水交替潤濕模擬電解池，包括電解池外筒和套設于電解池外筒中電解池內筒，電解 池內筒與電解池外筒連通；電解池內筒內設置有與對電極端子電連接的鉑對電極以及與參 比電極端子電連接的參比電極； 旋轉圓盤電極系統(tǒng)，包括圓盤電極和驅動圓盤電極旋轉的旋轉驅動裝置，圓盤電極伸 入至電解池內筒中；鉑對電極位于圓盤電極的下方，且該鉑對電極與圓盤電極的底面平行； 參比電極的鹽橋尖管的管尖放置于鉑對電極與圓盤電極的底面之間；其中，所述圓盤電極 的底面是導電面作為工作電極，圓盤電極外表面的其余部分絕緣，工作電極與工作電極端 子電連接；或者，所述圓盤電極的側面設一環(huán)形導電面作為工作電極，圓盤電極外表面的其 余部分絕緣，工作電極與工作電極端子電連接； 油水界面控制系統(tǒng)，包括：浮子和用于控制浮子上下移動的垂直位移控制裝置，其中， 浮子伸入到電解池外筒與電解池內筒之間； 曝氣系統(tǒng)，包括設置于電解池外筒內、電解池內筒外的曝氣頭以及通過通氣管路與所 述曝氣頭連通的氣體供應裝置； 用于對油水交替潤濕模擬電解池加熱的溫度控制系統(tǒng)。
[0012] 作為優(yōu)選技