[發明專利]模擬實際鉆井環境的鉆桿材料腐蝕疲勞試驗裝置

在審

• 申請號: 201710033838.4
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106769825A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 劉寶昌;李闖;劉時琦;曹鑫;周海龍;王骕
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明涉及鉆桿材料腐蝕疲勞性能試驗領域，尤其涉及的是一種模擬實際鉆井環境的鉆桿材料腐蝕疲勞試驗裝置。

背景技術

在石油鉆采、地質鉆探等領域時常會有鉆桿柱失效引起孔內事故的發生，鉆桿柱的一部分失效是由應力腐蝕造成的，因而鉆桿材料在鉆井環境中的耐腐蝕疲勞性能關系著鉆桿柱的壽命。目前，僅能測定鉆桿材料在空氣重的耐疲勞性能，而無法對鉆桿材料在鉆井環境中的腐蝕疲勞性能進行測定。

在鉆井過程中，因地層的不同導致鉆井液溫度、壓力、流速等參數發生變化；在遇到特殊地層時，地層中的CO₂或H₂S等酸性氣體侵入鉆井液中，提高了鉆井液的腐蝕性。溫度影響著材料的力學性能，流速及壓力則體現在鉆井液對鉆桿柱的沖蝕上，一旦裂紋產生，鉆井液的腐蝕環境會加速裂紋的擴展，導致鉆桿材料的耐腐蝕疲性能迅速下降。因此亟需設計可以較為真實的模擬實際鉆井環境的腐蝕疲勞試驗裝置，對鉆桿材料在不同條件下的鉆井液中的耐腐蝕疲勞性能進行測定。

發明內容

本發明的目的是提供一種較為真實的鉆井環境的鉆桿材料腐蝕疲勞試驗方法及裝置，對鉆桿材料在不同條件下的鉆井液中的耐腐蝕疲勞性能進行測定。

本發明包括筒體、端蓋、監測系統、循環系統和疲勞試驗機；

所述的筒體下部設置有進水口、進氣口，筒體周圍設置有感應加熱器，感應加熱器模仿地層熱量對筒體進行加熱，以進行不同地層即不同溫度下試樣的耐腐蝕疲勞性測試；

所述的端蓋內嵌在筒體上，通過螺栓與螺母緊密連接，端蓋與筒體接觸處設置O型耐腐蝕密封圈，內嵌式加密封圈的緊密連接可保證筒體的完好密封性；端蓋上設置夾持孔、監測孔和出水口，夾持孔和監測孔和內側通過O型耐腐蝕密封圈與彈簧及彈簧蓋配合密封，可保證在疲勞試驗機開始工作后夾具頻繁往復運動過程中不因密封損失能量保證了試驗機測試的精確性又可保證裝置的密封性，以模擬更深的地層即溫度高、壓力大；

所述的監測系統包括高精度溫度計探針、氧探針、PH值探針、液體流量計、壓力計，可實現隨時監測液體溫度、氧含量、液體的流速、液體壓力；溫度計探針、氧探針、PH值探針液體流量計設置在端蓋的監測孔中；溫度計探針、氧探針、PH值探針和液體流量計與端蓋之間以O型耐腐蝕密封圈、彈簧及彈簧蓋密封；壓力計與筒體連通并設置在筒體外；

所述的循環系統包括泥漿罐、耐腐蝕泵、入水管、第一閥門、出水管、第二閥門、空氣壓縮機或CO₂罐或H₂S罐、進氣管和單向閥，出水管的進口與端蓋的出水口連通，出水管的出口位于泥漿罐中，耐腐蝕泵位于泥漿罐中，入水管的進口與耐腐蝕泵的出口連通，入水管的出口與筒體的進水口連通，入水管與出水管分別設置第一閥門和第二閥門，泥漿罐，空氣壓縮機或CO₂罐或H₂S罐通過進氣管與筒體的進氣口連通，進氣管上設置單向閥，可由第一閥門和第二閥門及調節耐腐蝕泵的參數控制筒體內的液體壓力；進氣管上設置有單向閥，通過空氣壓縮機或CO₂罐或H₂S罐可控制氣體的進入量，以調節筒體內液體的氧含量或CO₂含量或H₂S含量；泥漿罐具有進漿管；

所述的疲勞試驗機包括上座、夾具、圓柱承臺和下座，筒體置于下座上，上座位于筒體上方，夾具設置在上座底面，夾具穿過端蓋的夾持孔，夾具與夾持孔之間以O型耐腐蝕密封圈、彈簧及彈簧蓋密封，圓柱承臺螺紋連接在筒體的底座上，試樣的底端與圓柱承臺上端螺紋連接，試樣6的上端與夾具螺紋連接。

本發明的工作過程：

打開入水管與出水管的第一閥門和第二閥門，啟動耐腐蝕泵，向筒體內泵入鉆井液，待監測系統中PH值參數有變化時，表明此時筒體內已經充滿鉆井液；將感應加熱器開啟，同時開啟空氣壓縮機或CO₂罐或H₂S罐向筒體內通入氣體，通過調小出水管的第二閥門及增大耐腐蝕泵的轉速使得壓力升高至設計值，待溫度參數顯示為設計值時，將感應加熱器調成保溫狀態，記錄此時的各項參數；開啟疲勞試驗機開始測試，并保持所有設定參數不改變，直至測試完成。測試過程中可隨時在顯示器上監視溫度、PH值、壓力、流速、氧含量、CO₂含量、H₂S含量等參數，并儲存在所連接的計算機中。