《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》是西南石油大學於2015年5月11日申請的專利，該專利申請號為201510234278X，公布號為CN104807744A，公布日為2015年7月29日，發明人是張智、張琳琳、王本成、李晶、馬驫等。該發明屬於材料試驗技術領域，涉及一種HPHT環境腐蝕疲勞測試裝置，具體說是一種能較好模擬油井管材實際工況環境下的旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀。
《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》所要解決的技術問題是提供一種模擬油田實際工況條件下的油井管材的旋轉彎曲腐蝕疲勞測試裝置，為油井管材在高溫高壓動態工況下的性能研究提供指導。所採用的HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀，包括高溫高壓釜，循環迴路，夾持機構，動力機構，控制機構以及計數系統，其中在高溫高壓釜的兩側密封連線著循環迴路，夾持機構安裝於釜體的內部，用於固定圓形光滑試樣，側面通過轉軸連線著釜體外的動力機構，動力機構將力傳遞給試樣，使其處於旋轉狀態，再通過計數系統和控制機構對旋轉次數進行記錄和控制。該發明可以用於模擬測試管材在高溫高壓動態的腐蝕環境下的疲勞極限。
2021年11月，《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》獲得2020年度四川專利獎三等獎。
（概述圖為《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀
- 公布號：CN104807744A
- 公布日：2015年7月29日
- 申請號：201510234278X
- 申請日：2015年5月11日
- 申請人：西南石油大學
- 地址：四川省成都市新都區新都大道8號
- 發明人：張智、張琳琳、王本成、李晶、馬驫、劉志偉、竇雪峰、鄭鈺山、段傑浩、王漢、曾德智、侯鐸、扈俊穎、施太和
- Int.Cl.：G01N17/00(2006.01)I、G01N3/32(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2015年5月，高溫高壓油氣井高產帶來的管柱失效問題日益嚴重，現有的實驗方法難以模擬井筒腐蝕疲勞問題，主要表現為在常溫常壓環境下測試，無法模擬高溫高壓旋轉運動工況。由於在高溫高壓油氣田的鑽井作業中，旋轉彎曲腐蝕疲勞不能被忽略，同時井下流體處於流動狀態中，所以模擬實際高溫高壓工況下的旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗，無疑具有重要的意義。
發明內容
專利目的
《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》的目的在於針對以往模擬高溫高壓腐蝕疲勞試驗儀的缺點，提供一種能夠較好模擬油井管材現場環境、耐高溫、耐高壓、耐H2S/CO2腐蝕、結構簡單、並通過旋轉彎曲進行試樣四點受力下的旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀。
技術方案
《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》主要由高溫高壓釜、循環迴路、夾持機構、動力機構、控制機構以及計數系統組成；高溫高壓釜為圓筒形罐體，在罐體的兩側密封連線循環迴路，利用泵使流體在釜體內循環流動，控制流速，形成高溫高壓動態的腐蝕環境；在高溫高壓釜的內部安裝有夾持機構，分為左、右夾持兩部分，用於固定圓形光滑試樣；在夾持機構側面，通過轉軸連線著釜體外的動力機構，動力機構將力傳遞給試樣，使其處於旋轉狀態；對旋轉次數的記錄和控制通過計數系統和控制機構來完成。
進一步的是，釜體及循環迴路材質選用C276合金，以滿足高溫高壓腐蝕性的試驗環境，且釜內各機構材質均為耐腐蝕、高溫高壓性能較好的不鏽鋼，釜內裝有溫度感測器和壓力感測器探頭，可以同步監測內部的壓力溫度。
進一步的是，夾持機構分為左右兩部分，每一部分主要由支架、夾具、軸座組成；右夾持機構直接焊接固定於釜底，側面連線著轉軸；左夾持機構的支架下部裝有軸承滾輪，可以使左夾持機構沿轉軸方向移動，便於安裝試樣；在兩夾持機構的軸座上部裝有托盤，可以放置砝碼，進而形成試樣四點彎曲。
進一步的是，動力機構主要包括電動機、聯軸器、轉軸和錐齒輪，錐齒輪用來實現兩相交轉軸之間的傳動，在轉軸與釜體接觸部分採用動密封方式進行有效密封。
進一步的是，在動力機構的作用下，試樣上的應力隨著旋轉做相同速度的反覆變化，在一定時間內，可以測得試樣因疲勞是否斷裂以及疲勞極限等；試樣失效斷裂後會使軸座向下觸碰到探頭，探頭將信號傳給自動斷電器，進而使旋轉停止。
進一步的是，軸座側面裝有端蓋，通過鎖緊螺母將其牢固；在試樣的右端通過螺紋連線於右夾具，試樣左端連線有彈簧夾頭，使試樣夾持更牢固。
進一步的是，在砝碼外面包有聚四氟乙烯膠帶，可以保護砝碼不被腐蝕；放置砝碼後，軸座處於彈性壓縮狀態，待試驗結束後取下砝碼可以恢復原狀。
改善效果
（1）《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》通過在軸座上方加砝碼使試樣形成恆定四點彎曲受力，並通過動力機構將旋轉力傳遞給試樣，使其處於旋轉彎曲載入狀態，這樣試樣上的應力就隨著旋轉而做相同速度的反覆變化，實現了在高溫高壓、流體流動狀態下的旋轉彎曲腐蝕疲勞試驗，克服了以往實驗裝置存在的不足和缺陷，為油井管材在高溫高壓動態工況下的性能研究提供指導，測試結果更準確。
（2）該裝置釜體及循環迴路選用C276合金，內部機構均選用耐高溫、耐高壓、耐腐蝕的不鏽鋼材料，並且在轉軸和釜體的連線處採用動密封方式進行有效密封，結構簡單，易於拆卸，密封效果好。
附圖說明
圖1是《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》的結構示意圖；
圖2是左夾持機構的右視圖。
圖中：1—高溫高壓釜，2—左夾具，3—右夾具，4—左支架，5—右支架，6—試樣，7—左軸座，8—右軸座，9—彈簧夾頭，10—端蓋，11—鎖緊螺母1，12—墊片，13—托盤，14—砝碼，15—聚四氟乙烯膠帶，16—探頭，17—絕緣棒，18—自動斷電器，19—轉軸，20—聯軸器，21—感應器，22—導線，23—計數器，24—電動機，25—進氣閥，26—排氣閥，27—壓縮機，28—溫度感測器，29—壓力感測器，30—泵，31—循環迴路，32—鎖緊螺母2，33—軸承滾輪，34—錐齒輪。
權利要求
1.《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》其特徵在於：主要由高溫高壓釜、循環迴路、夾持機構、動力機構、控制機構以及計數系統組成；高溫高壓釜（1）為圓筒形罐體，在罐體的兩側密封連線循環迴路（31），利用泵（30）使流體在釜體內循環流動，控制流速，形成高溫高壓動態的腐蝕環境；在高溫高壓釜的內部安裝有夾持機構，分為左、右夾持兩部分，用於固定圓形光滑試樣（6）；在夾持機構側面，通過轉軸（19）連線著釜體外的動力機構，動力機構將力傳遞給試樣，使其處於旋轉狀態；對旋轉次數的記錄和控制通過計數系統和控制機構來完成；夾持機構分為左、右夾持兩部分，每一部分主要由支架（4，5）、夾具（2，3）、鎖緊螺母（32）與軸座（7，8）組成；左軸座（7）通過鎖緊螺母（32）固定在左支架（4）上；右夾持機構直接焊接固定於釜底，側面連線著轉軸（19）；左夾持機構的支架下部裝有軸承滾輪（33），使左夾持機構沿轉軸方向移動，便於安裝試樣；在兩夾持機構的軸座上部裝有托盤（13），放置砝碼（14），進而形成試樣四點彎曲。
2.根據權利要求1所述的一種高溫高壓旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀，其特徵在於：釜體及循環迴路材質選用C276合金，以滿足高溫高壓腐蝕性的試驗環境，且釜內各機構材質均為耐腐蝕、耐高溫、耐高壓的不鏽鋼，釜內裝有溫度感測器（28）和壓力感測器（29）探頭，同步監測內部的壓力和溫度。
3.根據權利要求1所述的一種高溫高壓旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀，其特徵在於：動力機構主要包括電動機（24）、聯軸器（20）、轉軸（19）和錐齒輪（34），錐齒輪用來實現兩相交轉軸之間的傳動，在轉軸與釜體接觸部分採用動密封方式進行有效密封。
4.根據權利要求1所述的一種高溫高壓旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀，其特徵在於：計數系統由感應器（21）、導線（22）、計數器（23）組成，轉軸旋轉次數由感應器感應後通過導線傳遞給計數器，然後顯示出來。
5.根據權利要求1所述的一種高溫高壓旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀，其特徵在於：在動力機構的作用下，試樣上的應力隨著旋轉做相同速度的反覆變化，在一定時間內，測得試樣因疲勞是否斷裂以及疲勞極限；試樣失效斷裂後會使軸座向下觸碰到探頭（16），探頭將信號傳給自動斷電器（18），進而停止旋轉。
6.根據權利要求1所述的一種高溫高壓旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀，其特徵在於：軸座側面裝有端蓋（10），通過鎖緊螺母（11）將其牢固；試樣的右端通過螺紋連線於右夾具（3），試樣左端連線有彈簧夾頭（9），讓試樣夾持更牢固。
7.根據權利要求1所述的一種高溫高壓旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀，其特徵在於：在砝碼（14）外面包有聚四氟乙烯膠帶（15），保護砝碼不被腐蝕；放置砝碼後，軸座處於彈性壓縮狀態，待試驗結束後取下砝碼即可恢復原狀。
實施方式
《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》主要包括高溫高壓釜、循環迴路、夾持機構、動力機構、控制機構以及計數系統；高溫高壓釜1為圓筒形罐體，在罐體的兩側密封連線循環迴路31，利用泵30使流體在釜內保持循環流動，形成高溫高壓動態的腐蝕環境；在高溫高壓釜的內部安有夾持機構，分為左、右夾持兩部分，用於固定圓形光滑試樣6；在夾持機構側面，通過轉軸19連線著釜體外的動力機構，動力機構將力傳遞給試樣，使其處於旋轉狀態；對旋轉次數的記錄和控制通過計數系統和控制機構來完成。
該發明使用時，首先要將試樣6右端旋入右夾具3中；
下一步，移動左夾持機構，使試樣6左端進入左夾具2中，將彈簧夾頭9螺紋端與試樣6左端螺紋連線；
下一步，將左夾持機構向左移動，使彈簧夾頭9的無螺紋端擠入左夾具2中；
下一步，確保試樣6穩定後固定軸承滾輪33，使左支架4穩定；
下一步，慢慢將外包聚四氟乙烯膠帶15的砝碼14放入托盤13中，使試樣6形成四點彎曲；
下一步，緩慢將實驗溶液裝入釜內，確保高壓釜密封完成後用常壓N2進行趕氧進而試壓；
下一步，試壓成功後對釜體進行升溫；
下一步，待溫度升到制定溫度後，依次按照實驗參數從進氣閥25通入腐蝕氣體；
下一步，達到所要求的溫度壓力後打開泵30開關，使內部流體持續循環流動起來；
下一步，然後啟動電動機24和計數器23，開始旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗；
下一步，待試樣失效斷裂後會使軸座8向下觸碰到探頭16，探頭16將信號傳給自動斷電器18，進而使旋轉停止；或者試驗一直進行到超過預定應力循環次數時手動終止。
榮譽表彰
2021年11月，《一種HPHT旋轉彎曲動態腐蝕疲勞試驗儀》獲得2020年度四川專利獎三等獎。
