一种用于抛光油气井腐蚀挂片表面的装置及方法

1.本发明涉及油气田开发工程领域，特别涉及一种用于抛光油气井腐蚀挂片表面的装置及方法。


背景技术：

2.随着我国油气田勘探开发技术的不断深入发展，油气井管柱腐蚀问题日趋得到各大油气田的广泛关注，目前，国内研究油气井管柱腐蚀的主要手段是通过在油气井中不同位置处下放金属挂片，随着油气井正常生产的进行会对下放的金属挂片造成不同程度的腐蚀，通过研究金属挂片的腐蚀程度来预测油气井不同位置处的管柱腐蚀情况。为了进一步研究金属挂片腐蚀机理，需要借助电镜扫描和能谱分析技术对金属腐蚀挂片横截面进行扫描从而得出金属挂片横截面各离子分布情况，首先需要将金属腐蚀挂片的横截面进行抛光打磨，从而检测腐蚀产物膜截面离子分布情况以此探究腐蚀机理。
3.现存的金属腐蚀挂片抛光装置分为人工式和旋转式，人工式抛光仅用人力来完成对金属腐蚀挂片的抛光，旋转式抛光是指对金属腐蚀挂片表面上沿转盘切线位置进行抛光，这两种方法都存在对金属腐蚀挂片的抛光精度低，耗时长，难以满足快速高效抛光的要求。目前，还没有涉及本发明的一种用于抛光油气井腐蚀挂片表面的装置及实验方法。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于抛光油气井腐蚀挂片表面的装置及方法，利用本发明能够较为快速高效的对油气井金属腐蚀挂片横截面进行抛光实验。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种用于抛光油气井腐蚀挂片表面的装置，包括操作台、金属腐蚀挂片夹持装置、第一驱动装置、升降装置、移动台、电机、吹扫系统以及用于注入研磨膏的注入单元；
7.第一驱动装置设置在操作台上，金属腐蚀挂片夹持装置设置于第一驱动装置上，第一驱动装置能够驱动金属腐蚀挂片夹持装置沿直线移动；
8.升降装置设置于在操作台上，移动台设置于升降装置的顶部，电机设置于移动台上，移动台能够驱动电机在水平面内平移；电机的输出轴上连接有砂轮，砂轮位于第一驱动装置的上方；驱动电机上连接有罩设在砂轮的外部的保护罩，注入单元安装在保护罩上并能够向砂轮的打磨面上注射研磨膏；
9.吹扫系统包括若干气体出口，其中，金属腐蚀挂片夹持装置上设有用于对金属腐蚀挂片上的被打磨表面进行吹扫的所述气体出口，保护罩上设有用于对砂轮的打磨面进行吹扫的气体出口。
10.优选的，所述第一驱动装置包括螺丝滑杆以及导向杆，螺丝滑杆以及导向杆平行设置，螺丝滑杆以及导向杆的两端通过支撑座固定在操作台上；
11.金属腐蚀挂片夹持装置包括丝杆螺母座和设置于丝杆螺母座上用于装夹金属腐
蚀挂片的夹持部，丝杆螺母座上安装有丝杆螺母以及用于驱动丝杆螺母转动的转轮，螺丝滑杆与所述丝杆螺母配合连接，丝杆螺母座上设有导向孔，导向杆穿过所述导向孔。
12.优选的，所述夹持部包括丝杆螺母座的顶部设有u型结构，u型结构的两侧均设有第一液压杆，u型结构两侧的第一液压杆正对，第一液压杆的自由端安装有用于夹持金属腐蚀挂片的固定夹片；
13.u型结构的两侧均设有吹扫系统的气体出口。
14.优选的，所述升降装置采用第二液压缸，移动台安装于第二液压缸的顶端，第二液压缸设置于第一驱动装置的一端。
15.优选的，所述移动台包括上板、中板和下板，上板和下板上均设有滑槽，中板的上端面和下端面设有与所述滑槽匹配连接的滑块，上板和下板相互垂直，上板与中板之间以及下板与中板之间均设有顶紧螺栓，上板与第一驱动装置的驱动方向平行，电机安装于上板的一端。
16.优选的，所述注入单元包括微流控泵，所述微流控泵上端两端均固定连接有支撑架，所述两端支撑架之间通过滑杆滑动连接，所述滑杆外表面通过固定杆固定连接注射器，注射器的出口朝向砂轮的打磨面。
17.优选的，吹扫系统包括电动气泵，电动气泵的出口连接有第一管路，第一管路通过三通阀分为两路，这两路分别为第二管路和第三管路，第二管路金属腐蚀挂片夹持装置上的所述气体出口连接，第三管路与保护罩上的所述气体出口连接。
18.优选的，第二管路和第三管路上均设有能够调节开度的阀门。
19.本发明还提供了一种用于抛光油气井腐蚀挂片表面的方法，该方法采用本发明如上所述的用于抛光油气井腐蚀挂片表面的装置进行，包括如下过程：
20.将待抛光的金属腐蚀挂片固定在金属腐蚀挂片夹持装置上，第一驱动装置驱动金属腐蚀挂片夹持装置移动至砂轮与金属腐蚀挂片上下正对的位置；
21.再调整升降装置，使砂轮底面和金属腐蚀挂片上表面相切；
22.然后启动吹扫系统以及电机，砂轮对金属腐蚀挂片的上表面进行打磨抛光，同时吹扫系统通过气体出口对砂轮以及金属腐蚀挂片的上表面进行吹扫；在砂轮对金属腐蚀挂片的上表面进行打磨抛光过程中，通过移动台对驱动电机进行水平移动，使得砂轮对金属腐蚀挂片的整个上表面实现打磨抛光；同时还通过调整升降装置的升降高度实现对金属腐蚀挂片的上表面打磨预设的厚度；
23.待对金属腐蚀挂片上表面打磨抛光完成后，根据砂轮不同粗糙度，由大到小逐级更换不同粗糙度等级的砂轮，再对金属腐蚀挂片的上表面打磨抛光，待金属腐蚀挂片表面达到抛光要求后，再启动注入单元，使用不同目数的研磨膏注入砂轮上，对金属腐蚀挂片进行抛光，直至达到抛光要求；
24.然后再停机，取下打磨好的金属腐蚀挂片。
25.本发明具有如下有益效果：
26.本发明用于抛光油气井腐蚀挂片表面的装置中，通过设置操作台，能够使整个装置放置稳定，保证操作过程中的安全性；通过设置第一驱动装置，金属腐蚀挂片夹持装置设置于第一驱动装置上，通过第一驱动装置能够驱动金属腐蚀挂片夹持装置移动，在装样和取样时能够将金属腐蚀挂片夹持装置调整至安全位置，保证了装样和取样时的安全性；设
置移动台，能够使得设置在移动台上的电机做水平运动，进而能够使砂轮在转动的同时做平面运动，从而满足了对金属腐蚀挂片上表面的抛光，使得金属腐蚀挂片上抛光的面为平面；通过设置注入单元，能够在砂轮打磨抛光后再对金属腐蚀挂片表面进行研磨，直至达到要求。通过设置吹扫系统，能够在对金属腐蚀挂片进行打磨时及时将打磨掉的金属屑以及沙砾吹走，提高打磨效率，保证金属腐蚀挂片的表面质量，同时还能够对金属腐蚀挂片以及砂轮进行降温，防止金属腐蚀挂片表面温度过高发生氧化、高温相变等现象，影响检测腐蚀产物膜截面离子分布情况以此探究腐蚀机理。通过设置升降装置，用够用来调整砂轮的进给量，保证砂轮对金属腐蚀挂片表面的精确打磨，保证打磨效果。
附图说明
27.图1为本发明的用于抛光油气井腐蚀挂片表面的装置的整体结构示意图。
28.图2为本发明注入单元的连接示意图。
29.图3为本发明移动台的上板、中板、下板连接俯视图。
30.其中，1为操作台、2为支撑座、3为螺丝滑杆、4为丝杆螺母座、5为螺纹底座出气口、6为第一液压杆、7为固定夹片、8为转轮、9为金属腐蚀挂片、10为注入单元、101为微流控泵、102为支撑架、103为滑杆、104为固定杆、105为注射器、11为三通阀、12为电动气泵、13为保护罩出气口、14为保护罩、15为电机、16为移动台、161为中板轨道、162为上板、163为下板、164为下板轨道、17为第二液压杆、18为砂轮。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
32.如图1所示，本发明用于抛光油气井腐蚀挂片表面的装置，包括操作台1、金属腐蚀挂片夹持装置、第一驱动装置、升降装置、移动台16、电机15、吹扫系统以及用于注入研磨膏的注入单元10；操作台1下端面四个角均固定连接操作台腿柱，第一驱动装置设置在操作台1上，金属腐蚀挂片夹持装置设置于第一驱动装置上，第一驱动装置能够驱动金属腐蚀挂片夹持装置沿直线移动；升降装置设置于在操作台1上，移动台16设置于升降装置的顶部，电机15设置于移动台16上，移动台16能够驱动电机15在水平面内平移；电机15的输出轴上连接有砂轮18，砂轮18位于第一驱动装置的上方；驱动电机15上连接有罩设在砂轮18的外部的保护罩14，注入单元10安装在保护罩14上并能够向砂轮18的打磨面上注射研磨膏；吹扫系统包括若干气体出口，其中，金属腐蚀挂片夹持装置上设有用于对金属腐蚀挂片上的被打磨表面进行吹扫的气体出口，保护罩14上设有用于对砂轮18的打磨面进行吹扫的气体出口。
33.在对金属腐蚀挂片的表面打磨抛光时，将待抛光的金属腐蚀挂片9固定在金属腐蚀挂片夹持装置上，第一驱动装置驱动金属腐蚀挂片夹持装置移动至砂轮18与金属腐蚀挂片9上下正对的位置；再调整升降装置，使砂轮18底面和金属腐蚀挂片9上表面相切；然后启动吹扫系统以及电机15，砂轮18对金属腐蚀挂片9的上表面进行打磨抛光，同时吹扫系统通过气体出口对砂轮18以及金属腐蚀挂片9的上表面进行吹扫；在砂轮18对金属腐蚀挂片9的上表面进行打磨抛光过程中，通过移动台16对驱动电机15进行水平移动，使得砂轮18对金属腐蚀挂片9的整个上表面实现打磨抛光；同时还通过调整升降装置的升降高度实现对金
属腐蚀挂片9的上表面打磨预设的厚度；待对金属腐蚀挂片9上表面打磨抛光完成后，根据砂轮18不同粗糙度，由大到小逐级更换不同粗糙度等级的砂轮18，再对金属腐蚀挂片9的上表面打磨抛光，待金属腐蚀挂片9表面达到抛光要求后，再启动注入单元10，使用不同目数的研磨膏注入砂轮18上，对金属腐蚀挂片9进行抛光，直至达到抛光要求；然后再停机，取下打磨好的金属腐蚀挂片9。
34.如图1所示，本发明采用的第一驱动装置包括螺丝滑杆3以及导向杆，螺丝滑杆3以及导向杆平行设置，螺丝滑杆3以及导向杆的两端通过支撑座2固定在操作台1上；金属腐蚀挂片夹持装置包括丝杆螺母座4和设置于丝杆螺母座4上用于装夹金属腐蚀挂片的夹持部，丝杆螺母座4上安装有丝杆螺母以及用于驱动丝杆螺母转动的转轮8，转轮8与丝杆螺母之间通过蜗轮蜗杆结构传动，方便试验过程中手动调节，螺丝滑杆3与丝杆螺母配合连接，一方面能够实现传动，另一方面由于是螺纹连接还能够防止丝杆螺母座4在打磨过程中受力发生偏斜及偏离，提高抛光效率，丝杆螺母座4上设有导向孔，导向杆穿过导向孔。导向杆起到对丝杆螺母座4的导向作用。夹持部包括丝杆螺母座4的顶部设有u型结构，u型结构的两侧均设有第一液压杆6，u型结构两侧的第一液压杆6正对，第一液压杆6的自由端安装有用于夹持金属腐蚀挂片9的固定夹片7；利用固定夹片7以及第一液压杆6可以对金属腐蚀挂片9进行稳定夹持，u型结构的两侧均设有吹扫系统的气体出口，在对金属腐蚀挂片9进行打磨时，通过该气体出口能够对金属腐蚀挂片9表面进行吹扫，实现降温以及保证打防止掉落的颗粒对打磨表面的影响。
35.如图1所示，本发明的升降装置采用第二液压缸17，移动台16安装于第二液压缸17的顶端，第二液压缸17设置于第一驱动装置的一端。
36.如图1和图3所示，本发明移动台16包括上板162、中板和下板163，上板162和下板163上均设有滑槽，中板的上端面和下端面设有与滑槽匹配连接的滑块，上板162和下板163相互垂直，上板162与中板之间以及下板163与中板之间均设有顶紧螺栓，通过调解顶紧螺栓能够将上板162与中板之间锁紧，中板之间以及下板163也能够通过顶紧螺栓锁紧，这样在打磨过程中，能够使移动台16整体稳定，当需要调节砂轮的位置时，将顶紧螺栓松开，即可实现上板162、中板和下板163相对位置的调节，上板162与第一驱动装置的驱动方向平行，电机15安装于上板162的一端。本发明移动台16能灵活的控制砂轮的位置；且上板和中板水平移动方向呈90
°
便于砂轮在金属腐蚀挂片上一直沿直线方向进行抛光，避免以往转盘旋转式转动，使得金属腐蚀挂片表面抛光。
37.如图1和图2所示，本发明的注入单元10包括微流控泵101，微流控泵101上端两端均固定连接有支撑架102，两端支撑架102之间通过滑杆103滑动连接，滑杆103外表面通过固定杆104固定连接注射器105，注射器105的出口朝向砂轮18的打磨面。在抛光过程中启动微流控泵，通过固定杆逐渐推动注射器使得研磨膏能持续给砂轮上研磨膏，提高抛光效率。
38.如图1所示，本发明的吹扫系统包括电动气泵12，电动气泵12的出口连接有第一管路，第一管路通过三通阀11分为两路，这两路分别为第二管路和第三管路，第二管路金属腐蚀挂片夹持装置上的气体出口连接，第三管路与保护罩14上的气体出口连接在，第二管路和第三管路上均设有能够调节开度的阀门，这样实现对第二管路和第三管路的气流速度进行单独控制。
39.实施例1
40.塔中i号气田位于新疆维吾尔自治区且末县境内，塔里木盆地中央隆起塔中低凸起塔中i号坡折带，长约220km，宽4-16km，开发试验区位于塔中i号坡折带中东段，钻遇地层有新近系、泥盆系、二叠系、白至系、古近系、三叠系，志留系、石炭系、奥陶系，塔中i号气田目的层属奥陶系，可细分为上统桑塔木组、良里塔格组及下统鹰山组，缺失中奥陶统，2018年9月7日在开发试验区各生产油气井筒不同深度处分别下入3组金属腐蚀挂片，金属腐蚀挂片材质为n80钢和井筒生产管柱保持一直，规格为：(55
×
21
×
2)mm，密度测试为7.85kg/m3，2020年8月31日将金属腐蚀挂片取出对其腐蚀特性进行测试。
41.具体的测试过程包括如下步骤：
42.实验开始前，首先检查整个实验设备，如图1所示，一切正常后，再将待抛光的腐蚀挂片置于两个固定夹片7之间的位置，启动两个第一液压杆6，第一液压杆6伸长，使两个固定夹片7夹住待抛光的腐蚀挂片，接着转动转轮，使得待抛光的腐蚀挂片移动至砂轮18的正下方，然后根据待抛光腐蚀挂片表面平整度要求更换粗糙度为80目的砂轮18，再接着启动第二液压杆17，使砂轮18底面到达和腐蚀挂片上表面相切的高度，然后调节移动台16的上板和中板位置，使得砂轮18与腐蚀挂片上表面相切，然后启动电动气泵12，使得螺纹底座出气口5(即所述气体出口)和保护罩出气口13(即所述气体出口)喷出气流分别对腐蚀挂片和砂轮18进行吹扫降温，再启动电机15，使得砂轮18在腐蚀挂片上表面开始抛光，固定移动台16的上板和中板，中板与下板之间能够相对移动，并缓慢操控上板前后移动(图1所示垂直于纸面的方向)，使得移动台的上板和中板在下板轨道中往复运动，从而带动砂轮18对腐蚀挂片上表面进行抛光，往复抛光一段时间后，调节移动台使其砂轮18离开腐蚀挂片，接着关掉电机15和电动气泵12，使得砂轮18和螺纹底座出气口5、保护罩出气口13停止吹扫，然后依次更换粗糙度120目、360目、800目、1200目、1500目以及2000目的砂轮18，然后调节移动台16，使得移动台16的上板和中板在下板轨道中往复运动，从而使得砂轮18对金属腐蚀挂片9上表面进行抛光，待金属腐蚀挂片9表面达到抛光要求后，再启动注入单元10的微流控泵101依次使用3.5目、1.5目以及0.5目数的研磨膏注入砂轮18上，再次启动电机15对金属腐蚀挂片进9行抛光，直至达到抛光要求。
43.实验抛光结束后，首先关掉电机15、电动气泵12以及注入单元10里面的微流控泵101，然后调节移动台16至原始位置，使得砂轮18离开金属腐蚀挂片9，取下砂轮18，调节第二液压杆17，使得降低至原始最低位置，再缓慢调节第一液压杆6，使得金属腐蚀挂片9取出后再将第一液压杆6缩短至原始位置，再转动转轮8,使得丝杆螺母座4移动至螺丝滑杆3中间位置。
44.本发明中，通过更换不同目数的砂轮能够逐渐达到抛光要求，相比于采用不同目数的砂纸采用手工打磨而言，便于更换、提高了抛光效率。保护罩还可以防止金属腐蚀挂片在抛光过程中产生的铁屑乱贱，起到保护作用。本发明结构紧凑，操作简单，运行平稳，能够对油气井筒腐蚀挂片进行高效抛光，从而得到金属腐蚀挂片腐蚀产物膜横截面元素分布情况，能够大幅降低油气田生产成本，对现场油气井筒腐蚀机理研究有重要的指导意义。