一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试装置及方法，包括高温高压釜；高温高压釜包括釜体和釜盖；釜体外设有加热套、保温层；釜体设有气体进出口；釜体的气体进出口连接增压系统的增压泵；釜体内底部设有釜体稳定器壳体，内部设有楔子和环形固定器、釜体旋转稳定器；釜体和釜盖通过密封螺栓、密封螺母连接；釜盖上设有组合式密封圈；釜盖上通过釜盖密封组合和主轴拼帽安装扭矩传动轴；扭矩传动轴依次连接扭矩施加轴、轴向径向加载组件。本发明专利技术精细模拟高温高压高含H2S

【技术实现步骤摘要】
一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试装置及方法


[0001]本专利技术提供一种高温高压多相流和复杂交变载荷工况管材腐蚀疲劳极限测试装置及方法，属于矿业开采
，用于评定金属管材在高温高压高含H2S
‑
CO2腐蚀环境、拉压弯扭复杂交变载荷状态下，服役特定周期或长时间不发生腐蚀疲劳断裂的极限应力测试。

技术介绍

[0002]油气井管材服役期间，面临高温高压、高含H2S
‑
CO2腐蚀介质，井下生产作业期间承受拉压弯扭复杂交变载荷，管材在长时间服役过程中，因腐蚀以及疲劳耦合作用，极易导致管材在低于屈服强度的应力状态下发生断裂现象。
[0003]专利201410008876.0，提出了一种基于损伤演化的腐蚀疲劳寿命预测方法，该方法仅考虑拉伸载荷，不能模拟油气井管柱服役期间所承受的拉、压、弯、扭转等复杂载荷状态，试验所得腐蚀疲劳数据与现场工况存在一定差距，预测结果准确性不满足工程要求。
[0004]专利201510234278.X，提供了一种模拟油田实际工况条件下油井管材旋转弯曲腐蚀疲劳测试装置，该技术未考虑油气井管柱服役期间所承受的拉、压、弯、扭转等复杂载荷状态。
[0005]专利201911150010.6，提出了一种通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，该方法不能模拟油气井管柱服役期间所承受的拉、压、弯、扭转等复杂载荷状态；同时因小尺寸试样尺寸效应显著，所得结果对工程实际可借鉴性不强。
[0006]专利202210835317.1，提出了一种用于实现腐蚀环境
‑
弯曲疲劳耦合作用的试验装置，该设备不能模拟油气井管柱服役期间所承受的拉、压、弯、扭转等复杂载荷状态。
[0007]综上所述，相关测试装置和方法远不能满足现场高温高压高含H2S
‑
CO2腐蚀环境、拉压弯扭复杂交变载荷状态下，管材腐蚀疲劳断裂极限应力的测试需求，极大限制了管材生产商制造高腐蚀疲劳极限的检验手段，极大制约了油气田优化设计管材的评价方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术建立了一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试装置，同时形成了使用该装置评定管材腐蚀疲劳断裂极限应力的测试方法。目的在于精细模拟高温高压高含H2S
‑
CO2腐蚀环境，准确测试管材承受拉伸、压缩、弯曲及扭转等复杂交变载荷状态下腐蚀疲劳断裂的极限应力，为管材质量检验和优化设计提供技术支撑。
[0009]本专利技术装置要解决的问题：
[0010]1、提供了一套高温高压含H2S
‑
CO2工况、复杂载荷条件下管材腐蚀疲劳极限应力室内测试装置；
[0011]2、可模拟极端工况：温度为室温～350℃、压力为常压～150MPa、含H2S/CO2腐蚀性介质的气
‑
液
‑
固多相流腐蚀环境；
[0012]3、可模拟管材服役期间承受的拉伸、压缩、剪切、扭转复杂交变载荷状态。
[0013]具体的技术方案为，一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试装置，包括高温高压釜；
[0014]高温高压釜包括釜体和釜盖；釜体外设有加热套、保温层；
[0015]釜体设有气体进出口；釜体的气体进出口连接增压系统的增压泵；
[0016]釜体内底部设有釜体稳定器壳体，内部设有楔子和环形固定器、釜体旋转稳定器；
[0017]釜体和釜盖通过密封螺栓、密封螺母连接；釜盖上设有组合式密封圈；釜盖上通过釜盖密封组合和主轴拼帽安装扭矩传动轴；
[0018]扭矩传动轴依次连接扭矩施加轴、轴向径向加载组件。
[0019]轴向径向加载组件包括轴向加载组件和径向加载组件；
[0020]轴向加载组件，自上到下包括依次连接的上部稳定器、上部固定器、上部试样接头、径向加载上悬臂、腐蚀疲劳试样、径向加载下悬臂、下部试样接头、下部固定器和下部稳定器组成。可实现腐蚀疲劳试样轴向拉伸、压缩应力的加载和卸载。
[0021]径向加载组件，包括上悬臂稳定器，下悬臂稳定器；上悬臂稳定器、下悬臂稳定器分别连接在腐蚀疲劳试样上下两端；
[0022]上悬臂稳定器通过上悬臂转接头销钉与上悬臂转接头连接；
[0023]下悬臂稳定器通过下悬臂转接头销钉与下悬臂转接头连接；
[0024]上悬臂转接头、下悬臂转接头均与弯曲应力加载轴连接，弯曲应力加载轴上设有弯曲应力加载螺母；
[0025]釜体内设有高温高压釜温压传感器；
[0026]扭矩传动轴上设有载荷传感器、第一应变传感器、第二应变传感器以及旋转动力装置，第一应变传感器、第二应变传感器分别通过第一应变传感器上部固定法兰、第二应变传感器上部固定法兰安装在应变传感器固定板上，应变传感器固定板通过应变传感器底座、应变传感器底座固定法兰安装在釜盖密封法兰上。
[0027]高温高压釜温压传感器、载荷传感器、第一应变传感器、第二应变传感器分别连接高温高压釜温压数据处理器、载荷数据处理器、第一应变数据处理器和第二应变数据处理器；
[0028]增压系统包括气体混合装置和增压泵，气体混合装置包括气体混合缸和液压缸，气体混合缸与液压缸之间设有调配活塞；
[0029]增压泵连接气体混合缸；气体混合缸还分别连接H2S气瓶、CO2气瓶、N2气瓶(312)、CH4气瓶；
[0030]液压缸与充液罐、液箱、液压泵连接；
[0031]气体混合装置安装在气体混合装置底座上；
[0032]液压泵上设有液压泵压力传感器；增压泵上设有增压泵压力传感器；液压缸内设有液压缸压力传感器；气体混合缸内设有气体混合缸压力传感器；
[0033]液压泵压力传感器、增压泵压力传感器、液压缸压力传感器和气体混合缸压力传感器分别与液压泵压力数据处理器、增压泵压力数据处理器、液压缸压力数据处理器和气体混合缸压力数据处理器连接；
[0034]高温高压釜温压数据处理器、载荷数据处理器、第一应变数据处理器和第二应变数据处理器、液压泵压力数据处理器、增压泵压力数据处理器、液压缸压力数据处理器和气
体混合缸压力数据处理器分别与计算机控制器连接，动态监测实验全过程温度、压力、载荷、应变等腐蚀疲劳实验参数的监测控制，记录数据并绘制曲线。
[0035]本专利技术装置克服的缺陷：
[0036]1、解决现场对于室内模拟测试井筒极端工况、复杂载荷条件下管材腐蚀疲劳极限测试装置的需求问题；
[0037]2、克服管材腐蚀疲劳强度模拟测试与现场工况相距甚远，无法精细模拟深井超深井和万米深井极端工况、复杂载荷、动态多相流工况条件；
[0038]3、克服当前测试方法和装置结构设计不足，仅考虑拉伸和旋转载荷，与实际现场工况管材承受拉
‑
压
‑
弯
‑
扭复杂交变载荷存在显著差异。
[0039]本专利技术方法要解决的问题：
[0040]1、形成一种极端工况、复杂载荷条件下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试装置，其特征在于，包括高温高压釜；高温高压釜包括釜体(223)和釜盖(222)；釜体(223)外设有加热套(224)、保温层(225)；釜体(223)设有气体进出口(231)；釜体(223)的气体进出口(231)连接增压系统的增压泵(314)；釜体(223)内底部设有釜体稳定器壳体(232)，内部设有楔子(233)和环形固定器(234)、釜体旋转稳定器(235)；釜体(223)和釜盖(222)通过密封螺栓(220)、密封螺母(221)连接；釜盖(222)上设有组合式密封圈(228)；釜盖(222)上通过釜盖密封组合(226)和主轴拼帽(229)安装扭矩传动轴(227)；扭矩传动轴(227)依次连接扭矩施加轴(230)、轴向径向加载组件(240)。2.根据权利要求1所述的一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试装置，其特征在于，所述的轴向径向加载组件(240)包括轴向加载组件和径向加载组件；所述的轴向加载组件，自上到下包括依次连接的上部稳定器(241)、上部固定器(242)、上部试样接头(243)、径向加载上悬臂(244)、腐蚀疲劳试样(245)、径向加载下悬臂(246)、下部试样接头(247)、下部固定器(248)和下部稳定器(249)组成；可实现腐蚀疲劳试样轴向拉伸、压缩应力的加载和卸载；所述的径向加载组件，包括上悬臂稳定器(250)，下悬臂稳定器(257)；上悬臂稳定器(250)、下悬臂稳定器(257)分别连接在腐蚀疲劳试样(245)上下两端；上悬臂稳定器(250)通过上悬臂转接头销钉(252)与上悬臂转接头(251)连接；下悬臂稳定器(257)通过下悬臂转接头销钉(255)与下悬臂转接头(256)连接；上悬臂转接头(251)、下悬臂转接头(256)均与弯曲应力加载轴(254)连接，弯曲应力加载轴(254)上设有弯曲应力加载螺母(253)。3.根据权利要求1所述的一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试装置，其特征在于，所述的增压系统包括气体混合装置和增压泵(314)，气体混合装置包括气体混合缸(320)和液压缸(322)，气体混合缸(320)与液压缸(322)之间设有调配活塞(321)；增压泵(314)连接气体混合缸(320)；气体混合缸(320)还分别连接H2S气瓶(310)、CO2气瓶(311)、N2气瓶(312)、CH4气瓶(313)；液压缸(322)与充液罐(324)、液箱(325)、液压泵(326)连接；气体混合装置安装在气体混合装置底座(323)上。4.根据权利要求3所述的一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试装置，其特征在于，所述的釜体(223)内设有高温高压釜温压传感器(2A)；所述的扭矩传动轴(227)上设有载荷传感器(2B)、第一应变传感器(2C
‑
1)、第二应变传感器(2C
‑
2)以及旋转动力装置(210)，第一应变传感器(2C
‑
1)、第二应变传感器(2C
‑
2)分别通过第一应变传感器上部固定法兰(211)、第二应变传感器上部固定法兰(212)安装在应变传感器固定板(213)上，应变传感器固定板(213)通过应变传感器底座(214)、应变传感器底座固定法兰(215)安装在釜盖密封法兰(216)上；高温高压釜温压传感器(2A)、载荷传感器(2B)、第一应变传感器(2C
‑
1)、第二应变传感器(2C
‑
2)分别连接高温高压釜温压数据处理器(1A)、载荷数据处理器(1B)、第一应变数据
处理器(1C
‑
1)和第二应变数据处理器(1C
‑
2)；液压泵(326)上设有液压泵压力传感器(3D)；增压泵(314)上设有增压泵压力传感器(3E)；液压缸(322)内设有液压缸压力传感器(3F)；气体混合缸(320)内设有气体混合缸压力传感器(3G)；液压泵压力传感器(3D)、增压泵压力传感器(3E)、液压缸压力传感器(3F)和气体混合缸压力传感器(3G)分别与液压泵压力数据处理器(1D)、增压泵压力数据处理器(1E)、液压缸压力数据处理器(1F)和气体混合缸压力数据处理器(1G)连接；高温高压釜温压数据处理器(1A)、载荷数据处理器(1B)、第一应变数据处理器(1C
‑
1)和第二应变数据处理器(1C
‑
2)、液压泵压力数据处理器(1D)、增压泵压力数据处理器(1E)、液压缸压力数据处理器(1F)和气体混合缸压力数据处理器(1G)分别与计算机控制器(101)连接，动态监测实验全过程腐蚀疲劳实验参数的监测控制，记录数据并绘制曲线。5.一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试方法，采用权利要求1
‑
4中任意一项所述的一种腐蚀和交变载荷下管材腐蚀疲劳极限测试装置进行测试，包括以下步骤：S1.实验准备：S1.1、确定开展腐蚀疲劳极限室内模拟测试的实验条件；腐蚀参数方面需根据现场工况确定温度、压力、气体组分和分压、液相和固相组分及离子含量，实验所用管材牌号和钢级、服役期间所受载荷类型及拉
‑
压
‑
弯
‑
扭载荷大小；S1.2、加工腐蚀疲劳极限室内模拟测试试样；将实验所用管材加工为棒状拉伸试样；S1.3、配制相应气体含量的腐蚀性气体；将气体混合缸(320)抽至真空；连接实验所需气体与H2S气瓶(310)、CO2气瓶(311)、N2气瓶(312)、CH4气瓶(313)；按照实验所需含量，依次打开H2S/CO2/N2/CH4气瓶阀门使气体进入气体混合缸(320)，配制相应气体组分比例的混合气体；S1.4、配制相应液
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：侯铎，张智，吴旭，李玉飞，朱达江，桑鹏飞，张乃艳，任建，施太和，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：