[发明专利]一种注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀模拟装置应用方法

权利要求书

1.一种模拟注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀装置应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据任意井深h处的井下注水管柱的压力p(h)和温度T(h)，由公式(1)换算获取试验氮气减压阀控制器(4)的压力-时间数据p(t)和电加热控制器(17)的温度-时间数据T(t)，

式中：t为实验时间，单位为min；Q为注入水日排量，单位为m³/d；h为任意井深，单位为m；d为注水管柱内径，单位为mm；V₁为储液立管环形隔板(13d)以下管段容积，单位为L；V₂为腐蚀实验管段(36)容积，单位为L；V₃为上水平管(18)容积，单位为L；V₄为下水平管(20)容积，单位为L；V₅为上L型管(34)容积，单位为L；V₆为下L型管(35)容积，单位为L，V₇为垂直管(19)容积；

步骤二：将注空气管路(8)和下水平管(20)与储液立管下盖(13c)连接，将储液立管下盖(13c)与储液立管管体(13a)连接；将注氮气管路(2)与储液立管管体(13a)加压孔(13e)连接，将上水平管(18)与储液立管管体(13a)出液孔(13g)连接，将排气管路(14)与储液立管管体(13a)排气孔(13f)连接；将腐蚀实验管段(36)与上变径接头(38)和下变径接头(39)连接，将上变径接头(38)与上L型管(34)连接，将下变径接头(39)与下L型管(35)连接，所有设备和阀门处于关闭状态；

步骤三：将体积为的试验溶液倒入储液立管(13)中，将加热棒(16)与储液立管上盖(13b)连接，然后将储液立管上盖(13b)与储液立管管体(13a)连接；

步骤四：打开氮气减压阀控制器(4)电源、电加热控制器(17)电源、溶解氧检测器(29)电源和蠕动泵控制器(28)电源、计算机(37)并启动辅助控制软件，通过辅助控制软件设置氮气减压阀控制器(4)的压力-时间数据p(t)、电加热控制器(17)的温度-时间数据T(t)和蠕动泵控制器(28)的腐蚀试验液体流量数据Q；

步骤五：打开排气阀(15)、空气减压阀(9)、空气微调阀(10)、空气进气阀(12)、上水平管进液阀(21)、垂直管上阀(23)、垂直管下阀(24)、下水平管出液阀(25)，启动蠕动泵(26)，调节空气微调阀(10)，在保证空气流量计(11)所显示流量稳定条件下，使得溶解氧检测器(29)测定的流动试验溶液中溶解氧的含量达到稳定，获得地面温度压力条件下的饱和溶解氧含量C_aq(0)；

步骤六：关闭蠕动泵(26)、关闭空气进气阀(12)、关闭排气阀(15)、关闭垂直管上阀(23)、关闭垂直管下阀(24)，打开上L型管阀(32)、打开下L型管阀(33)、打开氮气减压阀(3)、打开氮气进气阀(6)，同时启动蠕动泵(26)、启动氮气减压阀控制器(4)、启动电加热控制器(17)，试验溶液按照预设的压力和温度进行加压加温，通过蠕动泵(26)循环与腐蚀试验管段(36)发生反应，同时开始监测并记录试验溶液中溶解氧浓度随时间的变化数据[t，C_aq]，C_aq表示溶解氧浓度，t表示时间；

步骤七：根据腐蚀反应试验获得的溶解氧浓度实验数据[t，C_aq]计算全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布R_c(h)，

全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布R_c(h)的计算过程包括：

1)采用多项式拟合溶解氧浓度实验数据[t，C_aq]，得到实验过程中溶解氧浓度随时间的变化曲线C_aq(t)；

2)根据C_aq(t)计算实验过程中腐蚀实验管段(36)溶解氧腐蚀电流i_cg(t)

式中：i_cg(t)为实验过程中腐蚀实验管段(36)溶解氧腐蚀电流，单位为A/m²；C_aq(t)为实验过程中溶解氧浓度，单位为mg/L；

3)根据式(1)将i_cg(t)转化为对应井深h处的实际井下管柱溶解氧腐蚀电流i_cw(h)；

4)根据i_cw(h)计算全井筒管柱溶解氧腐蚀速率分布R_c(h)

式中：R_c(h)为井深h处注水井管柱溶解氧腐蚀速率，单位为mm/y；i_cw(h)为井深h处的实际井下管柱溶解氧腐蚀电流，单位为A/m²；M_Fe为铁的分子量，0.056kg/mol；ρ_Fe为铁的密度，取值7850kg/m³；n为阳极反应失去电子数，2；F为法拉第电量单位，取值96485C/mol。

2.如权利要求1所述的一种模拟注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀装置应用方法，其特征在于，所述模拟注水井全井筒管柱溶解氧腐蚀装置包括储液立管(13)，所述储液立管(13)的内腔上部沿周向设置有环形隔板(13d)，所述环形隔板(13d)将储液立管管体(13a)的内腔分为上腔、下腔，所述下腔用于盛装试验溶液，所述上腔的腔壁上设有加压孔(13e)、排气孔(13f)，所述加压孔(13e)连接氮气加压系统，用于对试验溶液进行自动加压；所述排气孔(13f)连接排气管路(14)，所述储液立管(13)的顶部安装有电加热系统，用于对试验溶液进行自动加温，所述储液立管(13)的底部设有进气孔(13i)和进液孔(13j)，所述下腔的腔壁上设有出液孔(13g)，所述进气孔(13i)连接注空气系统，用于对试验溶液进行供氧，所述进液孔(13j)、出液孔(13g)连接曝气系统、腐蚀反应系统，曝气系统用于对试验溶液进行曝气处理，腐蚀反应系统用于试验溶液与腐蚀实验管段进行腐蚀反应；

所述氮气加压系统包括相互连接的高压氮气瓶(1)和注氮气管路(2)，所述注氮气管路(2)与加压孔(13e)连接，注氮气管路(2)上依次设置有氮气减压阀(3)、压力表(5)和氮气进气阀(6)，所述氮气减压阀(3)、压力表(5)与氮气减压阀控制器(4)连接，所述氮气减压阀控制器(4)内置压力-时间数据，氮气减压阀控制器(4)实时读取压力表(5)数据并将该数据与预设的实验压力-时间数据对比，并反馈调节氮气减压阀(3)开度，实现对储液立管(13)中液体的自动加压；

所述排气管路(14)上有排气阀(15)，所述排气阀(15)为单向阀；

所述电加热系统包括加热棒(16)和电加热控制器(17)，所述加热棒(16)用于向下穿过环形隔板(13d)插入试验溶液中，加热棒(16)与环形隔板(13d)之间留有间隙，所述电加热控制器(17)内置温度-时间数据，实现对储液立管(13)中试验溶液温度的自动控制；

所述曝气系统包括上水平管(18)、和下水平管(20)以及连接于上水平管(18)、下水平管(20)外接端的垂直管(19)，所述上水平管(18)的内接端连接出液孔(13g)，所述下水平管(20)的内接端连接进液孔(13j)，形成曝气循环系统，所述腐蚀反应系统包括依次连接的上L型管(34)、腐蚀实验管段(36)、下L型管(35)，所述上L型管(34)连接于上水平管(18)的外接端，所述下L型管(35)连接于下水平管(20)的外接端，形成腐蚀反应循环系统，所述上水平管(18)上设置有上水平管进液阀(21)、溶解氧检测器(29)，所述溶解氧检测器(29)用于检测上水平管(18)中试验溶液的溶解氧含量，所述垂直管(19)上设置有垂直管上阀(23)和垂直管下阀(24)，所述下水平管(20)上沿流向依次设置有液体流量计(27)、蠕动泵(26)、下水平管出液阀(25)，所述蠕动泵(26)、液体流量计(27)与蠕动泵控制器(28)连接，所述蠕动泵控制器(28)预设腐蚀试验液体流量Q，所述蠕动泵(26)流量通过蠕动泵控制器(28)自动控制，所述上水平管进液阀(21)、垂直管上阀(23)、垂直管下阀(24)和下水平管出液阀(25)均为单向阀，所述上L型管(34)上设置有上L型管阀(32)，所述下L型管(35)上设置有下L型管阀(33)，所述上L型管阀(32)、下L型管阀(33)均为单向阀；

还包括实验辅助控制系统，所述实验辅助控制系统包括计算机(37)、辅助控制软件，所述计算机(37)与所述氮气减压阀控制器(4)、电加热控制器(17)、溶解氧检测器(29)、蠕动泵控制器(28)连接，通过辅助控制软件实现对实验所需的压力-时间数据、温度-时间数据、腐蚀试验液体流量数据进行编程设置，配合实现对实验压力、实验温度和实验液体流量进行自动反馈控制，同时自动记录溶解氧检测数据随实验时间的变化情况。