一种HPHT旋转弯曲动态腐蚀疲劳试验仪

摘要

本发明公开了一种HPHT旋转弯曲动态腐蚀疲劳试验仪。所要解决的技术问题是提供一种模拟油田实际工况条件下的油井管材的旋转弯曲腐蚀疲劳测试装置，为油井管材在高温高压动态工况下的性能研究提供指导。所采用的HPHT旋转弯曲动态腐蚀疲劳试验仪，包括高温高压釜，循环回路，夹持机构，动力机构，控制机构以及计数系统，其中在高温高压釜的两侧密封连接着循环回路，夹持机构安装于釜体的内部，用于固定圆形光滑试样，侧面通过转轴连接着釜体外的动力机构，动力机构将力传递给试样，使其处于旋转状态，再通过计数系统和控制机构对旋转次数进行记录和控制。本发明可以用于模拟测试管材在高温高压动态的腐蚀环境下的疲劳极限。

说明书

技术领域

本发明属于材料试验技术领域，涉及一种HPHT环境腐蚀疲劳测试装置，具体说是一种能较好模拟油井管材实际工况环境下的旋转弯曲动态腐蚀疲劳试验仪。

背景技术

目前高温高压油气井高产带来的管柱失效问题日益严重，现有的实验方法难以模拟井筒腐蚀疲劳问题，主要表现为在常温常压环境下测试，无法模拟高温高压旋转运动工况。由于在高温高压油气田的钻井作业中，旋转弯曲腐蚀疲劳不能被忽略，同时井下流体处于流动状态中，所以模拟实际高温高压工况下的旋转弯曲动态腐蚀疲劳试验，无疑具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对以往模拟高温高压腐蚀疲劳试验仪的缺点，提供一种能够较好模拟油井管材现场环境、耐高温、耐高压、耐H₂S/CO₂腐蚀、结构简单、并通过旋转弯曲进行试样四点受力下的旋转弯曲动态腐蚀疲劳试验仪。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种HPHT旋转弯曲动态腐蚀疲劳试验仪，该装置主要由高温高压釜、循环回路、夹持机构、动力机构、控制机构以及计数系统组成；高温高压釜为圆筒形罐体，在罐体的两侧密封连接循环回路，利用泵使流体在釜体内循环流动，控制流速，形成高温高压动态的腐蚀环境；在高温高压釜的内部安装有夹持机构，分为左、右夹持两部分，用于固定圆形光滑试样；在夹持机构侧面，通过转轴连接着釜体外的动力机构，动力机构将力传递给试样，使其处于旋转状态；对旋转次数的记录和控制通过计数系统和控制机构来完成。

进一步的是，釜体及循环回路材质选用C276合金，以满足高温高压腐蚀性的试验环境，且釜内各机构材质均为耐腐蚀、高温高压性能较好的不锈钢，釜内装有温度传感器和压力传感器探头，可以同步监测内部的压力温度。

进一步的是，夹持机构分为左右两部分，每一部分主要由支架、夹具、轴座组成；右夹持机 构直接焊接固定于釜底，侧面连接着转轴；左夹持机构的支架下部装有轴承滚轮，可以使左夹持机构沿转轴方向移动，便于安装试样；在两夹持机构的轴座上部装有托盘，可以放置砝码，进而形成试样四点弯曲。

进一步的是，动力机构主要包括电动机、联轴器、转轴和锥齿轮，锥齿轮用来实现两相交转轴之间的传动，在转轴与釜体接触部分采用动密封方式进行有效密封。

进一步的是，计数系统由感应器、导线、计数器组成，转轴旋转次数由感应器感应后通过导线传递给计数器，然后显示出来。

进一步的是，在动力机构的作用下，试样上的应力随着旋转做相同速度的反复变化，在一定时间内，可以测得试样因疲劳是否断裂以及疲劳极限等；试样失效断裂后会使轴座向下触碰到探头，探头将信号传给自动断电器，进而使旋转停止。

进一步的是，轴座侧面装有端盖，通过锁紧螺母将其牢固；在试样的右端通过螺纹连接于右夹具，试样左端连接有弹簧夹头，使试样夹持更牢固。

进一步的是，在砝码外面包有聚四氟乙烯胶带，可以保护砝码不被腐蚀；放置砝码后，轴座处于弹性压缩状态，待试验结束后取下砝码可以恢复原状。

本发明的优点是：

(1)该装置通过在轴座上方加砝码使试样形成恒定四点弯曲受力，并通过动力机构将旋转力传递给试样，使其处于旋转弯曲加载状态，这样试样上的应力就随着旋转而做相同速度的反复变化，实现了在高温高压、流体流动状态下的旋转弯曲腐蚀疲劳试验，克服了以往实验装置存在的不足和缺陷，为油井管材在高温高压动态工况下的性能研究提供指导，测试结果更准确。

(2)该装置釜体及循环回路选用C276合金，内部机构均选用耐高温、耐高压、耐腐蚀的不锈钢材料，并且在转轴和釜体的连接处采用动密封方式进行有效密封，结构简单，易于拆卸，密封效果好。

附图说明

下面结合附图和实验方法对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是左夹持机构的右视图。

图中：1—高温高压釜，2—左夹具，3—右夹具，4—左支架，5—右支架，6—试样，7—左轴座，8—右轴座，9—弹簧夹头，10—端盖，11—锁紧螺母1，12—垫片，13—托盘，14—砝码，15—聚四氟乙烯胶带，16—探头，17—绝缘棒，18—自动断电器，19—转轴，20—联轴器，21—感应器，22—导线，23—计数器，24—电动机，25—进气阀，26—排气阀，27—压缩机，28—温度传感器，29—压力传感器，30—泵，31—循环回路，32—锁紧螺母2，33—轴承滚轮，34—锥齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

一种HPHT旋转弯曲动态腐蚀疲劳试验仪，主要包括高温高压釜、循环回路、夹持机构、动力机构、控制机构以及计数系统；高温高压釜1为圆筒形罐体，在罐体的两侧密封连接循环回路31，利用泵30使流体在釜内保持循环流动，形成高温高压动态的腐蚀环境；在高温高压釜的内部安有夹持机构，分为左、右夹持两部分，用于固定圆形光滑试样6；在夹持机构侧面，通过转轴19连接着釜体外的动力机构，动力机构将力传递给试样，使其处于旋转状态；对旋转次数的记录和控制通过计数系统和控制机构来完成。

本发明使用时，首先要将试样6右端旋入右夹具3中；

下一步，移动左夹持机构，使试样6左端进入左夹具2中，将弹簧夹头9螺纹端与试样6左端螺纹连接；

下一步，将左夹持机构向左移动，使弹簧夹头9的无螺纹端挤入左夹具2中；

下一步，确保试样6稳定后固定轴承滚轮33，使左支架4稳定；

下一步，慢慢将外包聚四氟乙烯胶带15的砝码14放入托盘13中，使试样6形成四点弯曲；

下一步，缓慢将实验溶液装入釜内，确保高压釜密封完成后用常压N2进行赶氧进而试压；

下一步，试压成功后对釜体进行升温；

下一步，待温度升到制定温度后，依次按照实验参数从进气阀25通入腐蚀气体；

下一步，达到所要求的温度压力后打开泵30开关，使内部流体持续循环流动起来；

下一步，然后启动电动机24和计数器23，开始旋转弯曲动态腐蚀疲劳试验；

下一步，待试样失效断裂后会使轴座8向下触碰到探头16，探头16将信号传给自动断电器18，进而使旋转停止；或者试验一直进行到超过预定应力循环次数时手动终止。