发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种盐穴储气井CO₂腐蚀模拟实验装置及方法，相比于现有技术，该方法能够更加准确地模拟井筒内天然气的温度、压力、湿度和CO₂分压条件，进行CO₂腐蚀模拟实验。

为了达到上述目的，本发明提供了一种盐穴储气井CO₂腐蚀模拟实验装置，其包括：第一高温高压反应釜，第二高温高压反应釜、循环泵、压力调节阀和温度调节阀，其中：

所述第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜通过第一管线、第二管线连接；

所述第二高温高压反应釜的内部设有支架；

所述循环泵设于第一高温高压反应釜与第二高温高压反应釜之间；

所述压力调节阀、温度调节阀分别用于调节第二高温高压反应釜的压力、温度。

根据本发明的具体实施方案，所述第一高温高压反应釜与第二高温高压反应釜是由底部、筒体、密封盖密封连接形成的耐高温、耐高压、耐腐蚀的反应釜。在本发明的实施方案中，第一高温高压反应釜用于盛装外部加入的水，相比于常规模拟实验装置(例如图2所示的装置)，第一高温高压反应釜的设置能够实现测试前加入的水与测试时析出的析凝水的区分。

根据本发明的具体实施方案，所述支架用于固定待测的腐蚀样品。优选地，所述支架能够旋转。通过支架旋转，能够控制腐蚀样品在模拟实验过程中的转速，还能够在析凝水析出后，使腐蚀样品与析凝水接触更加充分。

在一些实施方案中，所述第二高温高压反应釜的底部可以设有与支架连接的传动轴，传动轴可以带动支架旋转。优选地，所述传动轴的一端连接支架、另一端穿过釜体底部连接外部的驱动装置。传动轴与支架的转速可以由外部的驱动装置控制。

根据本发明的具体实施方案，循环泵用于使第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜之间的气体充分循环。所述循环泵可以设于第二管线上，相应地，所述循环泵与第二高温高压反应釜之间的管线上可以设有第一闸阀，用于控制连通状态。

根据本发明的具体实施方案，所述第一高温高压反应釜与第二高温高压反应釜之间的第一管线上可以设有第二闸阀，用于控制连通状态。

根据本发明的具体实施方案，所述压力调节阀一般与第二高温高压反应釜连通，压力调节阀既可以单独对第二高温高压反应釜的压力进行调节(第一高温高压反应釜与第二高温高压反应釜不连通时)、也可以同时对第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜的压力进行调节(两个反应釜连通时)。所述压力调节阀可以通过充气、放气的方式准确调节反应釜内的压力，例如通过与外部的气体注入装置(包括气瓶和流量计)连接、连通天然气气瓶的阀门实现对压力的准确调节。

根据本发明的具体实施方案，温度调节阀一般与第二高温高压反应釜连通，温度调节阀可以单独调节第二高温高压反应釜的温度(第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜不连通时)、也可以同时对第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜的温度进行调节(两个反应釜连通时)。所述温度调节阀通过设定温度的方式准确调节温度，例如通过与外部的温度控制装置(包括温控仪和电加热器)连接实现控温。

本发明还提供了一种盐穴储气井CO₂腐蚀模拟实验方法，该方法在上述装置中进行，包括以下步骤：

步骤一，将腐蚀样品放入第二高温高压反应釜内部的支架上，并向第一高温高压反应釜中注水，然后向第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜中同时注入含有CO₂的天然气；

步骤二，连通第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜，开启循环泵，调节第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜的温度和压力，直至第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜的温度和压力达到储气库井腔底的温度和压力、且第二高温高压反应釜内天然气的含水量达到饱和，再断开第一高温高压反应釜与第二高温高压反应釜之间的连接，关闭循环泵；

步骤三，调节第二高温高压反应釜的温度和压力，直至分别达到储气库井指定深度位置的温度和压力，此时第二高温高压反应釜的底部出现析凝水，腐蚀样品与析凝水接触；

步骤四，进行CO₂腐蚀模拟实验，实验结束后取出样品，计算腐蚀速率。

在上述方法中，优选地，步骤一中，第一高温高压反应釜注入水的体积为能够使第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜中天然气的含水量达到饱和状态的体积；更优选地，注入水的体积为第一高温高压反应釜体积的1/3。同时，注入水的体积也应满足釜底可以出现足够体积的析凝水，保证析凝水析出后能够与腐蚀样品接触。

在上述方法中，含有CO₂的天然气一方面作为腐蚀介质，另一方面也用于调节反应釜的内部压力。在本发明的具体实施方案中，步骤一中，注入的含有CO₂的天然气的体积由进行模拟实验所需的压力决定。

在本发明的具体实施方案，步骤二中，连通、断开第一高温高压反应釜与第二高温高压反应釜可以通过开启、关闭第一闸阀和第二闸阀的操作实现。

在本发明的具体实施方案中，步骤三中，调节压力调节阀和温度调节阀后，由于第二高温高压反应釜内部的压力和温度(即储气库井指定深度的压力和温度)小于底部的压力和温度(即储气库井腔底的压力和温度)，第二高温高压反应釜的底部出现析凝水，使支架上的腐蚀样品与底部的析凝水得以接触；同时，由于第二高温高压反应釜内部的压力和温度与储气库井指定深度位置的压力和温度相同，第二高温高压反应釜内部CO₂分压和湿度与该指定深度位置的CO₂分压和湿度也随之相同。此时腐蚀样品周围环境的温度、压力、湿度和CO₂分压与储气库井指定深度的环境条件一致，且腐蚀样品处于与析凝水接触的状态下，因此能够准确模拟在储气库井指定深度位置发生的天然气中CO₂与析凝水共同作用下的腐蚀情况。

在上述方法中，优选地，步骤四中，所述CO₂腐蚀模拟实验包括旋转第二高温高压反应釜内部的支架，模拟注采气过程中气体流动的操作。在具体实施方案中，支架的转速可以根据具体模拟条件进行调整。

在上述方法中，步骤四中，所述CO₂腐蚀模拟实验的实验操作和结果处理参照JBT7901-2011标准进行。优选地，计算腐蚀速率的方法为：将腐蚀样品中的腐蚀产物除去，利用失重法进行计算；

更优选地，所述失重法根据公式1计算腐蚀速率：

R为腐蚀速率，单位为mm/a；

M为腐蚀样品在实验前的质量，单位为g；

M₁为腐蚀样品在实验后的质量，单位为g；

S为腐蚀样品的总面积，单位为cm²；

T为实验时间，单位为h；

D为腐蚀样品的密度，单位为kg/m³。

在上述方法中，步骤四中，所述CO₂腐蚀模拟实验的时间优选为240h。

在本发明的具体实施方案中，当腐蚀样品的腐蚀产物为坚固致密的氧化物时，所述腐蚀速率也可以用增重腐蚀速率进行计算。

在本发明的具体实施方案中，上述方法可以按照以下方式进行：

步骤一，将腐蚀样品放入第二高温高压反应釜内部的支架上、向第一高温高压反应釜注入水，再向第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜中注入含有CO₂的天然气。

步骤二，打开第一闸阀和第二闸阀使第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜连通，开启循环泵，然后调节温度调节阀和压力调节阀使第二高温高压反应釜内的温度和压力上升；此时，由于两个反应釜相互连通，因此，经过气体交换，最终两个反应釜内部的温度、压力和天然气的含水量趋近一致，当两个反应釜中的温度、压力均达到储气库井腔底的温度和压力、且第二高温高压反应釜中天然气的含水量达到饱和时，关闭第一闸阀、第二闸阀和循环泵。

步骤三，调节温度调节阀和压力调节阀，使第二高温高压反应釜内部的温度和压力降低至储气库井指定深度的温度和压力，由于釜体内部的温度和压力低于釜体底部的温度和压力，导致釜体底部有析凝水出现，此时腐蚀样品与析凝水接触，且第二高温高压反应釜内部的温度、压力、湿度、CO₂分压与储气库井指定深度的环境条件一致。

步骤四，进行CO₂腐蚀模拟实验，实验结束后取出腐蚀样品，计算腐蚀速率。

本发明提供的有益效果在于：

本发明提供的CO₂腐蚀模拟实验方法通过准确控制CO₂腐蚀模拟实验装置内部的温度和压力，能够使该装置达到与盐穴储气库井指定深度处一致的温度、压力、湿度和CO₂分压条件，从而准确模拟在盐穴储气库井指定深度位置的CO₂与析凝水共同作用下的腐蚀情况。