[发明专利]研究酸性气井特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤的装置

说明书

本发明涉及一种研究酸性气井特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤的装置。所述装置包括应力加载单元、充氢单元、缝隙单元、电化学测试单元和用于固定试样的固定装置。本发明提供的装置可真实模拟酸性气井特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤环境，并对加载压应力的充氢试样缝隙内和缝隙外部分进行电化学测量，同时可以对缝隙内微环境进行原位、实时监测；本发明提供的装置结构简单，操作方便，检测精度高。

技术领域

本发明属于金属材料服役行为测试领域，更具体地，涉及研究酸性气井特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤的装置。

背景技术

螺纹接头是天然气井下管柱最薄弱、失效风险最高的部位，螺纹接头失效事故占所有气井管柱失效事故总数的85%~95%。气井油管通常采用特殊螺纹接头连接，特殊螺纹接头一般包括扭矩台肩面、密封面和螺纹三部分，其中，扭矩台肩面是特殊螺纹密封的第一道屏障，是阻碍腐蚀介质进入密封面的关键部位。扭矩台肩面一旦发生腐蚀，油管将面临泄漏，甚至完全失效的风险。从酸性气井油管螺纹接头的服役环境来看，扭矩台肩面的腐蚀是缝隙、应力和氢渗透共同作用下的材料失效行为。缝隙是腐蚀介质进入扭矩台肩面的唯一通道，较大的拉伸载荷、油管振动等都可能导致扭矩台肩面处形成缝隙，致使腐蚀介质渗入；当缝隙形成后，扭矩台肩面上的原有的接触应力全部或部分消失，但仍然受到管内流体压应力和表面残余压应力的作用。在酸性气井工况下，氢原子极容易从管道内壁渗透到材料内部，进而到达扭矩台肩面。它不但可以引发氢致开裂，还可以造成扭矩台肩面上的钝化膜破坏。

目前，氢渗透测试多基于Deveanathan-Stachurski双电解池原理，但在无缝隙、无外加应力的条件下进行，而现有的缝隙腐蚀研究装置又不具备同时充氢和应力加载功能，因此，现有研究装置均无法模拟特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤的环境，即同时实现缝隙制造、应力加载和电化学充氢，导致特殊螺纹接头扭矩台肩面的腐蚀损伤行为规律和机理至今尚不清楚。

因此，研发一种能够模拟酸性气井特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤环境的装置是腐蚀研究中的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有腐蚀研究装置无法真实模拟酸性气井特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤环境的缺陷和不足，提供一种研究酸性气井特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤的装置。本发明提供的装置可同时模拟缝隙、应力和氢渗透三者耦合作用下的材料腐蚀损伤，可用于特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤的研究。

为实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种研究酸性气井特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤的装置，包括应力加载单元、充氢单元、缝隙单元、电化学测试单元和用于固定试样的固定装置；所述应力加载单元包括设置于所述试样顶部用于施加应力的加载顶板和压应力测定机构；所述充氢单元包括设置于固定装置上的充氢电解池和极化机构，所述固定装置上设置有与充氢电解池相连通的充氢槽口；所述缝隙单元包括悬设于所述试样上的缝隙盖板和缝隙腐蚀测试机构，所述试样和缝隙盖板之间设置有缝隙垫片并在两者间形成缝隙池，所述缝隙垫片上设置有与所述缝隙池相连通的缝隙槽口；所述试样和缝隙腐蚀测试机构均与所述电化学测试单元电连接。

本发明提供的研究酸性气井特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤的装置通过应力加载单元、充氢单元、缝隙单元和电化学测试单元的设置可真实模拟酸性气井特殊螺纹接头扭矩台肩面腐蚀损伤环境，其中应力加载单元用于加载压应力，充氢单元模拟氢原子渗入金属，并通过缝隙池模拟缝隙腐蚀，并利用各测试机构对加载压应力的充氢试样缝隙内和缝隙外部分进行电化学测量，同时可以对缝隙内微环境进行原位、实时监测；本发明提供的装置结构简单，操作方便，检测精度高。

优选地，所述固定装置为一侧侧面开口且内部镂空形成容腔的固定装置，所述试样固定设置于容腔内；所述加载顶板和所述试样之间设置有加载顶板垫片；所述加载顶板和固定装置通过螺栓-螺纹结构固定连接。

通过螺纹加载可满足不同压应力要求。