[发明专利]基于电化学噪声的应力腐蚀开裂在线监测装置及分析方法

说明书

本发明涉及电化学腐蚀监测领域，具体是一种基于电化学噪声的应力腐蚀开裂在线监测装置及分析方法，夹套电解池放置在应力环内，SCC_WE1试验电极居于夹套电解池正中，SCC_WE2试验电极对称分布在SCC_WE1试验电极的四周，零阻电流计分别与SCC_WE1试验电极和SCC_WE2试验电极连接，电位跟随器分别与SCC_WE1试验电极、参比电极RE连接；零阻电流计、电位跟随器均与信号采集于分析单元连接。采用Matlab编制电化学噪声数据分析软件，通过不同类型的电流/电位噪声峰特征来区分SCC裂纹扩展的不同阶段，根据噪声峰积分电量和发生频率计算单次裂纹扩展长度以及裂纹平均扩展速率；根据电流噪声峰的幅值评价SCC的敏感性，该方法实现了微裂纹萌生与生长过程的动态监测。

技术领域

本发明涉及电化学腐蚀监测领域，具体是一种基于电化学噪声的应力腐蚀开裂在线监测装置及分析方法。

背景技术

在油气田开采过程中，CO₂驱等三次采油技术可以显著提高油气采收率，如中石油吉林油田采用该项技术使油气采收率提高了5％～10％，取得了很好的示范效果。但是CO₂溶解在井下环空溶液中，会导致油套管在应力和腐蚀环境的共同作用下发生的应力腐蚀开裂(SCC)。研究表明，对P110油管钢在含有CO₂的低温环空液环境中会发生韧性降低，导致SCC。316L不锈钢在H₂S-CO₂-Cl^-环境中，会随着H₂S/CO₂分压比的提升导致SCC敏感性增加。应力腐蚀裂纹的扩展速度相较于其他形式的腐蚀速度高出多个数量级，而且没有明显的征兆，所以油管钢的SCC失效往往是突发性和灾难性的，会造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，通过无损监测技术实现SCC的早期诊断，可以及时发现故障，防患于未然，对于油气田的安全生产具有重要意义。

中国发明申请CN 106568665A公开了一种高强度管道土壤SCC评价方法，主要是通过管道表面缺陷来计算其剩余强度，并没有提出相应的SCC监测方法。CN 106404554A公开了一种研究硫酸盐还原菌SCC试验装置，通过定期观察试样表面裂纹形核与扩展清况，来研究硫酸盐还原菌对金属SCC的影响，但无法实现SCC原位无损监测。CN 105675481A提出了一种高温高压流体环境加载拉应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法，通过电化学参数获得高温高压下拉伸应力和流体对金属材料腐蚀的作用机制，但没有提出SCC裂纹萌生或者生长过程的算法。

油管钢在井下环空溶液中的腐蚀属于电化学腐蚀，可以采用挂片法、电化学阻抗法、线性极化法等对材料的均匀腐蚀和环境腐蚀性进行监测。。然而，这些常规电化学方法难以监测由局部腐蚀引起的应力腐蚀开裂。电化学噪声监测技术不仅能够得到金属材料的局部腐蚀信息，而且对测试体系没有任何外加干扰，能真实反映材料的腐蚀状态。

电化学噪声信号分析方法，目前主要包括时域统计分析、频域分析和小波分析。其中时域分析法应用最广泛，但基于噪声电阻的统计分析方法无法判断局部腐蚀的发生时间节点和严重程度；频域分析易受到背景噪声干扰和信号漂移影响，计算误差大；基于小波变换的噪声分析算法复杂，无法实现实时在线分析。上述问题使得电化学噪声技术在现场腐蚀监测中的应用受到了明显限制。中国专利CN107202755A中采用了一种电化学噪声传感器来测试金属管道外表面的电位和电流噪声，并根据电流电位标准偏差算出的噪声电阻来评估金属管道的腐蚀状态；CN103983564A中通过大气腐蚀电化学传感器来监测金属材料的腐蚀，用接近于2Hz的小波噪声电阻来反映大气腐蚀过程中的腐蚀速率；CN101017128A中采用四电极探针电化学噪声装置收集噪声信号，然后通过软件对数据进行统计计算和聚类分析来判断局部腐蚀的程度。但是尚未有关于应力腐蚀开裂方面监测方法的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服油套管钢应力腐蚀开裂监测技术的不足，提供一种应力腐蚀开裂无损监测方法，用于评估材料的应力腐蚀开裂即SCC敏感性。本发明的目的通过以下技术方案予以实现。