油氣田在線腐蝕監(jiān)測技術

1、華中科技大學,20071-32圖7.腐蝕掛片裝置華中科技大學,20072-322 2）線性極化法）線性極化法v用兩電極或三電極探頭，通過電化學極化阻力測量腐用兩電極或三電極探頭，通過電化學極化阻力測量腐蝕速率，通過對電位蝕速率，通過對電位電流曲線線性回歸，計算出曲電流曲線線性回歸，計算出曲線的斜率，即極化電阻線的斜率，即極化電阻R Rp p，最后，借助于最后，借助于SternStern系數(shù)（系數(shù)（即即B B值），將值），將R Rp p 轉換為腐蝕速率。轉換為腐蝕速率。 線性極化技術可以快速測定體系的瞬時腐蝕速度，適線性極化技術可以快速測定體系的瞬時腐蝕速度，適用于有適當電導率的大多數(shù)金屬體系用

2、于有適當電導率的大多數(shù)金屬體系。華中科技大學,20073-323 3）弱極化曲線法）弱極化曲線法)(expexp00cacorrEEEEii（1）華中科技大學,20074-324 4）交流阻抗法）交流阻抗法050001000015000-10000-500005000Z(Ohm.cm2)Z(Ohm.cm2)RsRpCf交流阻抗譜等效電路華中科技大學,20075-32 電化學噪聲是指腐蝕著的電極表面所出現(xiàn)的一種電位或電化學噪聲是指腐蝕著的電極表面所出現(xiàn)的一種電位或電流隨機自發(fā)波動的現(xiàn)象。它的測量對被測體系沒有電流隨機自發(fā)波動的現(xiàn)象。它的測量對被測體系沒有擾動，可以反映材料腐蝕的真實情況。擾動，可

3、以反映材料腐蝕的真實情況。 與其他方法相與其他方法相比，電化學噪聲法特別適合于監(jiān)測點蝕、縫隙腐蝕、比，電化學噪聲法特別適合于監(jiān)測點蝕、縫隙腐蝕、以及應力腐蝕開裂等局部腐蝕。而其它電化學方法則以及應力腐蝕開裂等局部腐蝕。而其它電化學方法則很難用于監(jiān)測局部腐蝕。很難用于監(jiān)測局部腐蝕。華中科技大學,20076-32 1. 1.原位無損監(jiān)測技術，在測量過程中無須對原位無損監(jiān)測技術，在測量過程中無須對被測電極施加可能改變電極腐蝕過程的外界擾動被測電極施加可能改變電極腐蝕過程的外界擾動； 2.2.無須預先建立被測體系的電極過程模型；無須預先建立被測體系的電極過程模型； 3.3.它無須滿足阻納的三個基本條件

4、：它無須滿足阻納的三個基本條件： (1)(1)系統(tǒng)的擾動與響應之間必須具有因果關系系統(tǒng)的擾動與響應之間必須具有因果關系； (2)(2)被測系統(tǒng)必須是線性系統(tǒng)；被測系統(tǒng)必須是線性系統(tǒng)； (3)(3)被測系統(tǒng)對于擾動信號是穩(wěn)定的；被測系統(tǒng)對于擾動信號是穩(wěn)定的； 4.4.電化學噪聲檢測設備簡單可靠，且可以實電化學噪聲檢測設備簡單可靠，且可以實現(xiàn)遠距離監(jiān)測。現(xiàn)遠距離監(jiān)測。華中科技大學,20077-32v電化學噪聲分析的統(tǒng)計學方法，包括方差電化學噪聲分析的統(tǒng)計學方法，包括方差VarVar、標準偏差、標準偏差 、均方根、均方根RMSRMS(root(root mean square) mean squar

5、e)。niixxnVar12)(1局部腐蝕指數(shù)局部腐蝕指數(shù)LI(localizationLI(localization index) index)來判斷腐蝕發(fā)生來判斷腐蝕發(fā)生形式及程度，并認為如果形式及程度，并認為如果LILI在在1010-3-3數(shù)量級，表明體系可數(shù)量級，表明體系可能發(fā)生了均勻腐蝕；如果能發(fā)生了均勻腐蝕；如果LILI接近于接近于1 1，則是局部腐蝕。，則是局部腐蝕。不過近來發(fā)現(xiàn)，不過近來發(fā)現(xiàn)，LILI指數(shù)并不能反映局部腐蝕情況，它只指數(shù)并不能反映局部腐蝕情況，它只反映了兩個反映了兩個“相同相同”工作電極之間腐蝕動力學的差異程工作電極之間腐蝕動力學的差異程度。由于噪聲電流在零點附

6、近的緩慢漂移，會使度。由于噪聲電流在零點附近的緩慢漂移，會使LILI值等值等于于1 1，盡管此時發(fā)生的是典型的均勻腐蝕，盡管此時發(fā)生的是典型的均勻腐蝕。niixnRMS121RMSiiLI華中科技大學,20078-322/1)()()()()(fIfEfIfEfRPSDPSDFFTFFTsn)(00fRRsnfsnlim譜噪聲電阻，即對譜噪聲電阻，即對“相同相同”電極體系的電位和電流同電極體系的電位和電流同時采樣，經時采樣，經FFT變換成變換成PSD后，用相同頻率下的電位后，用相同頻率下的電位PSD除以電流除以電流PSD。n譜噪聲電阻Rsn(f)和極限譜噪聲電阻Rsn(0)( )/ ( )nR

7、VI華中科技大學,20079-32華中科技大學,200710-32華中科技大學,200711-326 6）電阻探針法）電阻探針法電阻探針通過測量正在腐蝕的金屬元件（金屬絲或金電阻探針通過測量正在腐蝕的金屬元件（金屬絲或金屬片）的電阻變化對金屬損失進行累積測量，優(yōu)點有屬片）的電阻變化對金屬損失進行累積測量，優(yōu)點有：簡單、靈敏、適用性強（在任何介質中均可使用；：簡單、靈敏、適用性強（在任何介質中均可使用；可在設備運行條件下定量監(jiān)測腐蝕速率。特別適用于可在設備運行條件下定量監(jiān)測腐蝕速率。特別適用于氣相環(huán)境的腐蝕監(jiān)測。氣相環(huán)境的腐蝕監(jiān)測。最近發(fā)展了一種測量電感線圈電阻最近發(fā)展了一種測量電感線圈電阻(

8、(磁阻探針磁阻探針) )的技術的技術，具有比普通，具有比普通ERER測量更高的靈敏度。測量更高的靈敏度。華中科技大學,200712-32v 電阻探針實際上是一個裝有金屬試片的探頭，在腐蝕介質電阻探針實際上是一個裝有金屬試片的探頭，在腐蝕介質中，金屬試片的橫截面積將因腐蝕而減小，從而使其電阻增中，金屬試片的橫截面積將因腐蝕而減小，從而使其電阻增大，如果金屬的腐蝕大體是均勻的，那么電阻的變化率就與大，如果金屬的腐蝕大體是均勻的，那么電阻的變化率就與金屬的腐蝕量成正比，周期性地測量這種電阻，便可計算出金屬的腐蝕量成正比，周期性地測量這種電阻，便可計算出該段時間后的總腐蝕量，從而計算出金屬的腐蝕速率。

9、電阻該段時間后的總腐蝕量，從而計算出金屬的腐蝕速率。電阻探針儀器的優(yōu)點主要有：簡單、靈敏、適用性強（在任何介探針儀器的優(yōu)點主要有：簡單、靈敏、適用性強（在任何介質中均可使用）。質中均可使用）。v由于環(huán)境介質的溫度、流速、金屬材料的成份和熱處理以及由于環(huán)境介質的溫度、流速、金屬材料的成份和熱處理以及電極表面制備等方面的偏差，或者探針表面存在的外來物質電極表面制備等方面的偏差，或者探針表面存在的外來物質（如腐蝕產物），均會影響到測量結果的精度和可靠性。該（如腐蝕產物），均會影響到測量結果的精度和可靠性。該方法也不適用于監(jiān)測局部腐蝕。方法也不適用于監(jiān)測局部腐蝕。華中科技大學,200713-32v電阻

10、探針測試裝置電阻探針測試裝置采用典型的四線制測量法。以期提高采用典型的四線制測量法。以期提高測量電阻（尤其是低阻）的準確度。程控恒流源、程控測量電阻（尤其是低阻）的準確度。程控恒流源、程控前置放大器、前置放大器、1624bit A/D轉換器構成了測量電路的主體轉換器構成了測量電路的主體。中央控制單元。中央控制單元(C8051f020)通過控制恒流源給外部參考通過控制恒流源給外部參考電阻電阻Rc和待測電阻和待測電阻Rx施加一個恒定、高精度的電流，然施加一個恒定、高精度的電流，然后，將所獲得的數(shù)據(jù)（包括測試電壓、當前的測試電流后，將所獲得的數(shù)據(jù)（包括測試電壓、當前的測試電流等）進行處理，得到實際參

11、考電阻和被測電阻值，然后等）進行處理，得到實際參考電阻和被測電阻值，然后，測量的電流示意圖如下圖所示，電阻探針的實物照片，測量的電流示意圖如下圖所示，電阻探針的實物照片見下頁。見下頁。圖圖1. 1.電阻探針內部結構示意圖電阻探針內部結構示意圖華中科技大學,200714-32v為了進一步了解探針內部的接線圖，采用高精度直流電橋為了進一步了解探針內部的接線圖，采用高精度直流電橋對探針各引腳之間電阻進行測量，其測量精度可達到對探針各引腳之間電阻進行測量，其測量精度可達到1 1. .按照圖按照圖1 1的定義，的定義，v. . 各探針引腳之間的連接關系各探針引腳之間的連接關系（a a是以插針為標號為開頭

12、，是以插針為標號為開頭，按順時方向依次為按順時方向依次為b b、c c、d d、e e、f f（單位為歐姆）（單位為歐姆）圖1. 電阻探針的外觀及內部示意圖iF E D C B A華中科技大學,200715-322,22( )/( )()xxrrx rxrrxLLLrBTTrrLr,2,121()( )x rx rcorrCCBtBtrtt華中科技大學,200716-32影響電阻探針測量精度的因素影響電阻探針測量精度的因素1 1）溫度波動）溫度波動 由于溫差電勢和由于溫差電勢和 接觸電勢的存在，導致及時采用開接觸電勢的存在，導致及時采用開爾文電橋的方式進行精密電阻測量，也無法完全補爾文電橋的方

13、式進行精密電阻測量，也無法完全補償溫度對測量結果造成的影響，使腐蝕監(jiān)測精度降償溫度對測量結果造成的影響，使腐蝕監(jiān)測精度降低。這一點無論對于電阻探針還是磁阻探針，在當?shù)汀＿@一點無論對于電阻探針還是磁阻探針，在當前的設計中均無法解決。前的設計中均無法解決。2）導電性腐蝕產物）導電性腐蝕產物 由于碳鋼在由于碳鋼在H2S體系中的腐蝕產物為硫化物，而體系中的腐蝕產物為硫化物，而FeS具有半導體的性質，隨著腐蝕的進行，電阻死的電具有半導體的性質，隨著腐蝕的進行，電阻死的電阻可能隨著硫化物膜的增厚而下降，這樣就無法準阻可能隨著硫化物膜的增厚而下降，這樣就無法準確測量腐蝕量。確測量腐蝕量。華中科技大學,200

14、717-32華中科技大學,200718-32v由于結點電勢與化學電源一由于結點電勢與化學電源一樣，其電勢差是有方向的，樣，其電勢差是有方向的，因此通過改變恒流源的電流因此通過改變恒流源的電流方向，可以對節(jié)點電勢方向，可以對節(jié)點電勢進進行完全補償，通過正反向被行完全補償，通過正反向被測電阻上電壓降測電阻上電壓降VIR,VIR,則兩次則兩次測量值之和：測量值之和：V=(V=(VIR+VIR+）-(-VIR)=2VIR,-(-VIR)=2VIR,從而將從而將節(jié)點電勢完全補償?shù)?，將測節(jié)點電勢完全補償?shù)簦瑢y量精度提高了量精度提高了1010倍，使腐蝕倍，使腐蝕速率的分辨率可達到速率的分辨率可達到10nm

15、10nm左左右。右。A /D 為此，華中科技大學與長慶油田油氣院合作，開發(fā)了一種為此，華中科技大學與長慶油田油氣院合作，開發(fā)了一種全新的電阻探針腐蝕監(jiān)測儀器全新的電阻探針腐蝕監(jiān)測儀器ER400ER400，該儀器采用交流，該儀器采用交流方波進行測量，通過電流的換向測量來補償節(jié)點溫差電方波進行測量，通過電流的換向測量來補償節(jié)點溫差電勢的漂移，如下圖所示。勢的漂移，如下圖所示。華中科技大學,200719-32華中科技大學,200720-32vG31 12井 05.11.105.11.21，06.4.606.4.26v磁阻探針監(jiān)測平均腐蝕速率 0.076 0.012 v電阻探針監(jiān)測平均腐蝕速率 0.0

16、89 0.012v標準偏差 14% 0% vG21-21井1# 05.11.1706.1.19 06.3.2106.4.27v失重掛桿平均腐蝕速率mm/a 0.012 0.004v電阻探針監(jiān)測平均腐蝕速率 0.0113 0.005v標準偏差 5.8% 20%vG21-21井2# 05.11.1706.1.19 06.3.2106.4.2v失重掛桿平均腐蝕速率mm/a 0.012 0.0120v電阻探針監(jiān)測平均腐蝕速率 0.012 0.0115v標準偏差 0% 4.2% 華中科技大學,200721-32華中科技大學,200722-32華中科技大學,200723-32華中科技大學,200724-3

17、2vGPRS是通用分組無線業(yè)務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務。vGPRS可以充分利用現(xiàn)有的GSM 網絡，覆蓋面廣，實時性好，傳輸速率高，運營費用低，支持IP 協(xié)議。具有“永遠在線”、“快速登陸”、“按量計費”、“切換自如”、“高速傳送”、“安全可靠”等優(yōu)點，數(shù)據(jù)傳輸速率高達160Kbps。v使用GPRS技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本華中科技大學,200725-32華中科技大學,200726-32華中科技大學,200727-32遠程腐蝕監(jiān)測與控制系統(tǒng)主要包括三個部分

18、：監(jiān)控中心、無線傳輸網絡、現(xiàn)場監(jiān)測單元（可測量腐蝕速率、流量、溫度等）。其中監(jiān)控中心主要由服務器、監(jiān)控軟件和中央數(shù)據(jù)庫組成。無線傳輸網絡主要包括GPRS 或GSM SMS (短消息模式) Modem?，F(xiàn)場腐蝕測量單元包括單片機、數(shù)模模數(shù)轉換、嵌入式分析軟件和測試探頭。華中科技大學,200728-32v監(jiān)控中心是整個監(jiān)控系統(tǒng)的大腦,集中管理和指揮整個監(jiān)控系統(tǒng)的運行。v監(jiān)控中心的主要硬件設備有計算機、通訊主臺、打印機等必需的設備。v計算機用來運行數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(常稱作上位機軟件)和數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng), 并可根據(jù)數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)異常進行報警、并調整遠程系統(tǒng)的工作狀態(tài)，或將信息直接通過短消息方法發(fā)送到管理人員的手機上。華中科技大學,200729-32華中科技大學,200730-32華中科技大學,200731-32v腐蝕測量終端的腐蝕測量終端的GPRS Modem上電后