[发明专利]用于评价油套管在应力状态下缝隙腐蚀的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于评价油套管在应力状态下缝隙腐蚀的实验装置及方法，属于油气管柱腐蚀评价领域。该装置包括：缝隙夹具和应力加载螺栓。本发明将该实验装置放入常温常压或高温高压模拟油气田介质工况环境中，可用于评价：第一，油管内表面在压应力状态下油气生产介质中的缝隙腐蚀行为；第二，油管外表面在拉应力状态下环空保护液中的缝隙腐蚀行为；第三，套管内表面在压应力状态下环空保护液中的缝隙腐蚀行为；第四，套管外表面在拉应力状态下地层环境中的缝隙腐蚀行为。实验装置及方法设计更加接近现场实际工况，所施加应力及缝隙几何尺寸精确可控，所获数据准确可靠，具有很高的市场推广价值和应用前景。

技术领域

本发明属于油套管腐蚀评价领域，特别涉及一种用于评价油套管在应力状态下缝隙腐 蚀的实验装置及方法。

背景技术

油套管柱在油气资源勘探开发和生产过程中不可避免的与生产过程中的地层水、酸化改 造过程中的酸液、油套环空中的环空保护液、地层中的含水地层接触，以上介质环境均可引 起油套管发生不同程度的腐蚀，特别当介质中含有CO₂、H₂S、Cl^-等，腐蚀已成为威胁油套 管柱服役安全的重要因素。缝隙腐蚀是众多腐蚀类型中引起油套管柱失效的重要腐蚀形式之 一，如油套管螺纹接头在密封过程中形成的不规则缝隙、井下工具与油管外壁形成的缝隙、 井下工具与套管内壁形成的缝隙、油管外壁与套管内壁形成的缝隙，以上缝隙结构均有引发 缝隙腐蚀的可能性。

目前，针对缝隙腐蚀的专利，总体分为两大类，一类是用于防止缝隙腐蚀发生的，例如 “一种防缝隙腐蚀专用电化学活性密封胶及其制备方法(CN101967362B)”和“不锈钢点蚀研 究中避免缝隙腐蚀的试样封装方法及结构(CN104990962B)”；另一类为缝隙腐蚀模拟装置 和方法，例如“一种油井管螺纹接头缝隙腐蚀模拟试验装置(CN202433287U)”、“一种缝隙 腐蚀电化学性能试验装置(CN203519471U)”、“一种缝隙腐蚀模拟试验研究的人工缝隙装 置及使用方法(CN103513010B)”等。经检索发现，目前模拟缝隙腐蚀的实验装置和方法均 未考虑应力，而对于大部分服役种的结构件，都承受一定的载荷，可能是拉应力、压应力、 弯曲应力，对于油气领域，油套管在井下形成的缝隙结构均存在一定的弯曲、拉应力和压应 力。

鉴于目前已有的技术仅能模拟金属构件在无应力状态下的缝隙腐蚀行为，而油套管在井 下服役过程中均存在不同的载荷(弯曲应力、拉伸应力、压缩应力)。因此，需要发明一种 针对不同应力状态下的缝隙腐蚀装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种用于评价油套管在应力状态下 缝隙腐蚀的实验装置及方法，以实现油套管柱在应力状态下的缝隙腐蚀行为表征，为油套管 柱在应力状态下的缝隙腐蚀评价及研究提供真实全面的腐蚀信息。

本发明采用如下技术方案来实现的：

用于评价油套管在应力状态下缝隙腐蚀的实验装置，包括缝隙夹具和应力加载螺栓；其 中，

实验时，在油套管C型环试样周向上开设有两个圆孔，缝隙夹具夹持在油套管C型环 试样相对于其开口端的两侧，应力加载螺栓穿过油套管C型环试样周向上的两个圆孔，并通 过螺母紧固，通过旋转螺母实现对油套管C型环试样施加设定的加载应力。

本发明进一步的改进在于，油套管C型环试样采用油管或者套管加工成环，并周向切割 掉1/4圆周得到。

本发明进一步的改进在于，两个圆孔的中心线连线穿过油套管C型环试样的圆心。

本发明进一步的改进在于，缝隙夹具包括外表面缝隙夹具、内表面缝隙夹具和固定螺栓， 外表面缝隙夹具、内表面缝隙夹具均开设有螺孔，实验时，外表面缝隙夹具和内表面缝隙夹 具分别设置在油套管C型环试样的外侧和内侧，并通过穿过内、外表面缝隙夹具上螺孔的固 定螺栓实现夹紧。