[发明专利]一种利用分子离子谱评价抽油杆环境耐用性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过非接触检测静态动态分子离子谱，评价抽油杆环境耐用性的方法，特别是涉及测量抽油杆表面有关湿热老化以及电化学腐蚀信息的光电机一体化技术，属于材料化学技术领域。

背景技术

抽油杆是在油管内用内螺纹箍一根根连接起来一直延伸到地下油层处的活塞上，通过往复运动来泵油的棒状材料，其单根长度一般为五到六米，其材质可以是纤维增强复合材料如碳纤维增强乙烯基酯树脂(CF/VE)复合材料，也可以是金属材料如表面镀硬铬高碳钢。有杆泵采油是当前国内外应用最广泛的机械采油技术。目前世界上机械采油井数已超过总生产井数的90％以上，80％左右的机械采油井都采用有杆泵采油模式。现我国共有油井8万多口，其中95％是用机械采油方式进行原油开采，而其中约2万口是属于难以实施的腐蚀性油井。抽油杆在油井中长期服役时会受到含水、酸、碱、盐等原油混合介质的腐蚀作用；深井中压力和温度产生的热力学作用(3500米深井的底层温度将超过100℃)以及与金属平衡杆或泵轴接头接触产生的电化学腐蚀作用。随着抽油杆在油田的推广应用，相应对其服役行为和环境耐用性(即使用寿命和失效成因)的评价是决定碳纤维抽油杆在油田工业领域能否成功应用的关键。通行的研究方法是将抽油杆材料置于模拟其实际应用的酸碱或湿热性环境进行长期浸泡，每天测量其相关的宏观性能指标如吸湿率等，然后从其结果对抽油杆材料老化和失效机制分别进行推测。然而由于该方法研究的过程中实验环节繁多，人为造成的试样材料损伤大，所以取得的测试数据对抽油杆实际工况的模拟偏差较大，推测的失效机制可靠性差，且存在研究效率低，工作量大，需要工作人员多，成本高等缺点。

离子/分子选择电极是一种电化学传感器，可以配合扫描选择电极技术以不接触被测材料的非损伤方式测量进出被测材料离子/分子的信息，得到静态动态分子离子谱。近年来，随着离子/分子选择电极种类的不断增多，电子线路技术和计算机硬件软件技术的巨大发展，显微镜技术、成像技术得到了越来越广泛的应用，并与自动控制技术相结合，给非接触微测技术提供了一个良好的平台。但是，利用非接触自动化微测原理得到的静态动态分子离子谱评价抽油杆环境耐用性的技术还未见报道。

发明内容

本发明提供一种通过非接触检测静态动态分子离子谱，评价抽油杆环境耐用性的方法。该方法在不接触处于工作环境中的抽油杆的前提下，以手动或编程的方式按照研究人员的设定方便、快捷、三维地实时测量进出抽油杆表面且与抽油杆环境耐用性相关的离子/分子种类、绝对浓度及三维运动方向等参数，从而得到与抽油杆环境耐用性相关的静态动态分子离子谱；该方法也可以采用多个电极测量多种离子/分子，能更全面的获得进出抽油杆的离子和分子信息，提高了数据采集量；该方法对抽油杆无损伤，分析准确性和分析效率高，节约能源和人力成本。

本发明的主要技术方案：一种利用分子离子谱评价抽油杆环境耐用性的方法，该技术系统包括离子/分子信息检测电极单元1、数据采集/放大系统2、显微成像系统3、可编程三维运动系统4以及自动控制/数据处理系统5，其特征在于：单个或多个具有选择性或特异性的离子/分子电极置于工作环境中的抽油杆表面近距离处，采集其反馈的电压或电流信号等去噪、放大后经过数据分析软件分析得到进出抽油杆1-3的多种离子/分子的绝对浓度、运动速率及三维运动方向等参数。根据测定的多种离子/分子的不同，相应的多个离子/分子选择电极1-2固定在三维步进电机4-2的机械臂上，自动控制/数据处理系统5连接并控制电极运动控制器4-1，电极运动控制器4-1连接并控制三维步进电机4-2，从而带动多个离子/分子选择电极1-2在整个测量过程中进行三维的非接触测量，多个离子/分子选择电极1-2的引线与数据采集/放大系统2连接，各个离子/分子检测信号经数据采集/放大系统输出到自动控制/数据处理系统5，自动控制/数据处理系统5与显微成像系统3连接，电极运动控制器4-1还与显微成像系统3的显微镜3-1连接。

抽油杆与其他工程材料一样，都是在一定的环境条件下使用。抽油杆常见的工作环境条件包括温度、湿度、腐蚀性介质等。以碳纤维增强乙烯基酯树脂(CF/VE)复合材料抽油杆为例，一种环境因素或多个环境因素的综合作用均会导致该复合材料中的树脂基体、增强纤维或纤维与基体间的界面发生腐蚀或破坏，从而导致复合材料的整体性能发生变化。