油气田在线腐蚀监测技术

1、华中科技大学,20071-32图7.腐蚀挂片装置华中科技大学,20072-322 2）线性极化法）线性极化法v用两电极或三电极探头，通过电化学极化阻力测量腐用两电极或三电极探头，通过电化学极化阻力测量腐蚀速率，通过对电位蚀速率，通过对电位电流曲线线性回归，计算出曲电流曲线线性回归，计算出曲线的斜率，即极化电阻线的斜率，即极化电阻R Rp p，最后，借助于最后，借助于SternStern系数（系数（即即B B值），将值），将R Rp p 转换为腐蚀速率。转换为腐蚀速率。 线性极化技术可以快速测定体系的瞬时腐蚀速度，适线性极化技术可以快速测定体系的瞬时腐蚀速度，适用于有适当电导率的大多数金属体系用

2、于有适当电导率的大多数金属体系。华中科技大学,20073-323 3）弱极化曲线法）弱极化曲线法)(expexp00cacorrEEEEii（1）华中科技大学,20074-324 4）交流阻抗法）交流阻抗法050001000015000-10000-500005000Z(Ohm.cm2)Z(Ohm.cm2)RsRpCf交流阻抗谱等效电路华中科技大学,20075-32 电化学噪声是指腐蚀着的电极表面所出现的一种电位或电化学噪声是指腐蚀着的电极表面所出现的一种电位或电流随机自发波动的现象。它的测量对被测体系没有电流随机自发波动的现象。它的测量对被测体系没有扰动，可以反映材料腐蚀的真实情况。扰动，可

3、以反映材料腐蚀的真实情况。 与其他方法相与其他方法相比，电化学噪声法特别适合于监测点蚀、缝隙腐蚀、比，电化学噪声法特别适合于监测点蚀、缝隙腐蚀、以及应力腐蚀开裂等局部腐蚀。而其它电化学方法则以及应力腐蚀开裂等局部腐蚀。而其它电化学方法则很难用于监测局部腐蚀。很难用于监测局部腐蚀。华中科技大学,20076-32 1. 1.原位无损监测技术，在测量过程中无须对原位无损监测技术，在测量过程中无须对被测电极施加可能改变电极腐蚀过程的外界扰动被测电极施加可能改变电极腐蚀过程的外界扰动； 2.2.无须预先建立被测体系的电极过程模型；无须预先建立被测体系的电极过程模型； 3.3.它无须满足阻纳的三个基本条件

4、：它无须满足阻纳的三个基本条件： (1)(1)系统的扰动与响应之间必须具有因果关系系统的扰动与响应之间必须具有因果关系； (2)(2)被测系统必须是线性系统；被测系统必须是线性系统； (3)(3)被测系统对于扰动信号是稳定的；被测系统对于扰动信号是稳定的； 4.4.电化学噪声检测设备简单可靠，且可以实电化学噪声检测设备简单可靠，且可以实现远距离监测。现远距离监测。华中科技大学,20077-32v电化学噪声分析的统计学方法，包括方差电化学噪声分析的统计学方法，包括方差VarVar、标准偏差、标准偏差 、均方根、均方根RMSRMS(root(root mean square) mean squar

5、e)。niixxnVar12)(1局部腐蚀指数局部腐蚀指数LI(localizationLI(localization index) index)来判断腐蚀发生来判断腐蚀发生形式及程度，并认为如果形式及程度，并认为如果LILI在在1010-3-3数量级，表明体系可数量级，表明体系可能发生了均匀腐蚀；如果能发生了均匀腐蚀；如果LILI接近于接近于1 1，则是局部腐蚀。，则是局部腐蚀。不过近来发现，不过近来发现，LILI指数并不能反映局部腐蚀情况，它只指数并不能反映局部腐蚀情况，它只反映了两个反映了两个“相同相同”工作电极之间腐蚀动力学的差异程工作电极之间腐蚀动力学的差异程度。由于噪声电流在零点附

6、近的缓慢漂移，会使度。由于噪声电流在零点附近的缓慢漂移，会使LILI值等值等于于1 1，尽管此时发生的是典型的均匀腐蚀，尽管此时发生的是典型的均匀腐蚀。niixnRMS121RMSiiLI华中科技大学,20078-322/1)()()()()(fIfEfIfEfRPSDPSDFFTFFTsn)(00fRRsnfsnlim谱噪声电阻，即对谱噪声电阻，即对“相同相同”电极体系的电位和电流同电极体系的电位和电流同时采样，经时采样，经FFT变换成变换成PSD后，用相同频率下的电位后，用相同频率下的电位PSD除以电流除以电流PSD。n谱噪声电阻Rsn(f)和极限谱噪声电阻Rsn(0)( )/ ( )nR

7、VI华中科技大学,20079-32华中科技大学,200710-32华中科技大学,200711-326 6）电阻探针法）电阻探针法电阻探针通过测量正在腐蚀的金属元件（金属丝或金电阻探针通过测量正在腐蚀的金属元件（金属丝或金属片）的电阻变化对金属损失进行累积测量，优点有属片）的电阻变化对金属损失进行累积测量，优点有：简单、灵敏、适用性强（在任何介质中均可使用；：简单、灵敏、适用性强（在任何介质中均可使用；可在设备运行条件下定量监测腐蚀速率。特别适用于可在设备运行条件下定量监测腐蚀速率。特别适用于气相环境的腐蚀监测。气相环境的腐蚀监测。最近发展了一种测量电感线圈电阻最近发展了一种测量电感线圈电阻(

8、(磁阻探针磁阻探针) )的技术的技术，具有比普通，具有比普通ERER测量更高的灵敏度。测量更高的灵敏度。华中科技大学,200712-32v 电阻探针实际上是一个装有金属试片的探头，在腐蚀介质电阻探针实际上是一个装有金属试片的探头，在腐蚀介质中，金属试片的横截面积将因腐蚀而减小，从而使其电阻增中，金属试片的横截面积将因腐蚀而减小，从而使其电阻增大，如果金属的腐蚀大体是均匀的，那么电阻的变化率就与大，如果金属的腐蚀大体是均匀的，那么电阻的变化率就与金属的腐蚀量成正比，周期性地测量这种电阻，便可计算出金属的腐蚀量成正比，周期性地测量这种电阻，便可计算出该段时间后的总腐蚀量，从而计算出金属的腐蚀速率。

9、电阻该段时间后的总腐蚀量，从而计算出金属的腐蚀速率。电阻探针仪器的优点主要有：简单、灵敏、适用性强（在任何介探针仪器的优点主要有：简单、灵敏、适用性强（在任何介质中均可使用）。质中均可使用）。v由于环境介质的温度、流速、金属材料的成份和热处理以及由于环境介质的温度、流速、金属材料的成份和热处理以及电极表面制备等方面的偏差，或者探针表面存在的外来物质电极表面制备等方面的偏差，或者探针表面存在的外来物质（如腐蚀产物），均会影响到测量结果的精度和可靠性。该（如腐蚀产物），均会影响到测量结果的精度和可靠性。该方法也不适用于监测局部腐蚀。方法也不适用于监测局部腐蚀。华中科技大学,200713-32v电阻

10、探针测试装置电阻探针测试装置采用典型的四线制测量法。以期提高采用典型的四线制测量法。以期提高测量电阻（尤其是低阻）的准确度。程控恒流源、程控测量电阻（尤其是低阻）的准确度。程控恒流源、程控前置放大器、前置放大器、1624bit A/D转换器构成了测量电路的主体转换器构成了测量电路的主体。中央控制单元。中央控制单元(C8051f020)通过控制恒流源给外部参考通过控制恒流源给外部参考电阻电阻Rc和待测电阻和待测电阻Rx施加一个恒定、高精度的电流，然施加一个恒定、高精度的电流，然后，将所获得的数据（包括测试电压、当前的测试电流后，将所获得的数据（包括测试电压、当前的测试电流等）进行处理，得到实际参

11、考电阻和被测电阻值，然后等）进行处理，得到实际参考电阻和被测电阻值，然后，测量的电流示意图如下图所示，电阻探针的实物照片，测量的电流示意图如下图所示，电阻探针的实物照片见下页。见下页。图图1. 1.电阻探针内部结构示意图电阻探针内部结构示意图华中科技大学,200714-32v为了进一步了解探针内部的接线图，采用高精度直流电桥为了进一步了解探针内部的接线图，采用高精度直流电桥对探针各引脚之间电阻进行测量，其测量精度可达到对探针各引脚之间电阻进行测量，其测量精度可达到1 1. .按照图按照图1 1的定义，的定义，v. . 各探针引脚之间的连接关系各探针引脚之间的连接关系（a a是以插针为标号为开头

12、，是以插针为标号为开头，按顺时方向依次为按顺时方向依次为b b、c c、d d、e e、f f（单位为欧姆）（单位为欧姆）图1. 电阻探针的外观及内部示意图iF E D C B A华中科技大学,200715-322,22( )/( )()xxrrx rxrrxLLLrBTTrrLr,2,121()( )x rx rcorrCCBtBtrtt华中科技大学,200716-32影响电阻探针测量精度的因素影响电阻探针测量精度的因素1 1）温度波动）温度波动 由于温差电势和由于温差电势和 接触电势的存在，导致及时采用开接触电势的存在，导致及时采用开尔文电桥的方式进行精密电阻测量，也无法完全补尔文电桥的方

13、式进行精密电阻测量，也无法完全补偿温度对测量结果造成的影响，使腐蚀监测精度降偿温度对测量结果造成的影响，使腐蚀监测精度降低。这一点无论对于电阻探针还是磁阻探针，在当低。这一点无论对于电阻探针还是磁阻探针，在当前的设计中均无法解决。前的设计中均无法解决。2）导电性腐蚀产物）导电性腐蚀产物 由于碳钢在由于碳钢在H2S体系中的腐蚀产物为硫化物，而体系中的腐蚀产物为硫化物，而FeS具有半导体的性质，随着腐蚀的进行，电阻死的电具有半导体的性质，随着腐蚀的进行，电阻死的电阻可能随着硫化物膜的增厚而下降，这样就无法准阻可能随着硫化物膜的增厚而下降，这样就无法准确测量腐蚀量。确测量腐蚀量。华中科技大学,200

14、717-32华中科技大学,200718-32v由于结点电势与化学电源一由于结点电势与化学电源一样，其电势差是有方向的，样，其电势差是有方向的，因此通过改变恒流源的电流因此通过改变恒流源的电流方向，可以对节点电势方向，可以对节点电势进进行完全补偿，通过正反向被行完全补偿，通过正反向被测电阻上电压降测电阻上电压降VIR,VIR,则两次则两次测量值之和：测量值之和：V=(V=(VIR+VIR+）-(-VIR)=2VIR,-(-VIR)=2VIR,从而将从而将节点电势完全补偿掉，将测节点电势完全补偿掉，将测量精度提高了量精度提高了1010倍，使腐蚀倍，使腐蚀速率的分辨率可达到速率的分辨率可达到10nm

15、10nm左左右。右。A /D 为此，华中科技大学与长庆油田油气院合作，开发了一种为此，华中科技大学与长庆油田油气院合作，开发了一种全新的电阻探针腐蚀监测仪器全新的电阻探针腐蚀监测仪器ER400ER400，该仪器采用交流，该仪器采用交流方波进行测量，通过电流的换向测量来补偿节点温差电方波进行测量，通过电流的换向测量来补偿节点温差电势的漂移，如下图所示。势的漂移，如下图所示。华中科技大学,200719-32华中科技大学,200720-32vG31 12井 05.11.105.11.21，06.4.606.4.26v磁阻探针监测平均腐蚀速率 0.076 0.012 v电阻探针监测平均腐蚀速率 0.0

16、89 0.012v标准偏差 14% 0% vG21-21井1# 05.11.1706.1.19 06.3.2106.4.27v失重挂杆平均腐蚀速率mm/a 0.012 0.004v电阻探针监测平均腐蚀速率 0.0113 0.005v标准偏差 5.8% 20%vG21-21井2# 05.11.1706.1.19 06.3.2106.4.2v失重挂杆平均腐蚀速率mm/a 0.012 0.0120v电阻探针监测平均腐蚀速率 0.012 0.0115v标准偏差 0% 4.2% 华中科技大学,200721-32华中科技大学,200722-32华中科技大学,200723-32华中科技大学,200724-3

17、2vGPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务。vGPRS可以充分利用现有的GSM 网络，覆盖面广，实时性好，传输速率高，运营费用低，支持IP 协议。具有“永远在线”、“快速登陆”、“按量计费”、“切换自如”、“高速传送”、“安全可靠”等优点，数据传输速率高达160Kbps。v使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本华中科技大学,200725-32华中科技大学,200726-32华中科技大学,200727-32远程腐蚀监测与控制系统主要包括三个部分

18、：监控中心、无线传输网络、现场监测单元（可测量腐蚀速率、流量、温度等）。其中监控中心主要由服务器、监控软件和中央数据库组成。无线传输网络主要包括GPRS 或GSM SMS (短消息模式) Modem。现场腐蚀测量单元包括单片机、数模模数转换、嵌入式分析软件和测试探头。华中科技大学,200728-32v监控中心是整个监控系统的大脑,集中管理和指挥整个监控系统的运行。v监控中心的主要硬件设备有计算机、通讯主台、打印机等必需的设备。v计算机用来运行数据采集子系统(常称作上位机软件)和数据库管理子系统, 并可根据数据是否出现异常进行报警、并调整远程系统的工作状态，或将信息直接通过短消息方法发送到管理人员的手机上。华中科技大学,200729-32华中科技大学,200730-32华中科技大学,200731-32v腐蚀测量终端的腐蚀测量终端的GPRS Modem上电后