本发明涉及油田注水开发油管防腐涂层领域，具体为一种用于评价高温高压下溶解氧在防腐涂层中渗透性的装置及方法。
背景技术：
随着油田开发进入中后期，注水井管柱损坏问题日益严重，成为困扰石油工业后期开采的一大难题。其中，环境腐蚀是造成注水井管柱损坏的最主要原因。有机涂层防腐技术由于施工工艺简单、成本低廉、防腐效果好而成为目前注水油管的主要防腐措施。
有机涂层虽能不同程度地隔绝离子,提高注水井防腐油管的耐蚀性。但有机涂层并不能完全隔绝水和氧气的渗透。水和氧气通过涂层宏观或微观缺陷渗透到涂层/金属界面后,构成腐蚀性介质,在涂层/金属界面形成阳极区和阴极区发生电化学腐蚀。腐蚀的阴极反应与电位有关，当电位高于-0.8v(vs.sce)时，主导反应为氧去极化还原反应，即吸氧腐蚀。而在油田注水环境，电位一般都高于-0.8v。所以，溶解氧透过涂层的渗透性是控制腐蚀发生的主要步骤。因此，评价注水环境中溶解氧在防腐涂层中的渗透性对评估和预测防腐涂层油管的服役寿命和剩余寿命具有非常重要的指导意义。
目前能够评价涂层渗透性能的试验设备不多，主要有：(1)中国专利cn201610387014.2公开了“低强度、低渗透率涂层材料气体扩散系数测定装置及方法”，该装置包括两个并联的真空室、测量室和充气室。该装置可使用很薄的涂层材料进行测量，对于低渗透率的涂层材料，也能快速取得稳定气体压力和气体通量数据，测量结果准确。(2)中国专利cn201310232373.7中公开了一种“评价溶解态co2在防腐涂层中扩散及渗透性能的方法”，该方法首先测试土壤溶液的ph和涂层下渗透溶液的ph，然后计算土壤溶液co2浓度c1和涂层下渗透溶液co2浓度c2，并绘制c2～t曲线图和ln(c1-c2)～t曲线图，最后计算溶解态co2在防腐涂层中扩散系数和渗透系数。该装置和方法实现了对溶解态二氧化碳在防腐涂层中扩散及渗透性能的定量评价。
第一种试验装置能测试低强度、低渗透率涂层材料气体扩散系数，停留在气态型介质扩散及渗透性能的研究阶段，不能对溶解态型气体介质在防腐涂层中的扩散及渗透性能进行研究。第二种试验装置虽然能对溶解态的二氧化碳在防腐涂层中扩散及渗透性能的定量评价；但只能评价常温常压下溶解态二氧化碳在在防腐涂层中扩散及渗透性能。以上装置功能比较单一，均不能评价实际工况中高温高压环境下溶解氧在防腐涂层中的渗透性和防腐涂层在发生变形的情况下溶解氧在防腐涂层中的渗透性。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于评价高温高压下溶解氧在防腐涂层中渗透性的装置及方法，操作简单，设计合理，能够模拟实际工况，快速准确的测定高温高压环境下溶解氧在防腐涂层中的渗透性和防腐涂层在发生变形的情况下溶解氧在防腐涂层中的渗透性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于评价高温高压下溶解氧在防腐涂层中渗透性的装置，包括高温高压釜，纯涂层样品安装装置，供气系统，实时监测系统和废气处理系统；
所述高温高压釜内设置有加热装置；
所述纯涂层样品安装装置内设置有单侧开口的检测室，检测室包括独立的第一腔室和第二腔室，第一腔室的开口端依次密封固定有多孔陶瓷盘和纯涂层样品，第二腔室的开口端依次密封固定有多孔柔性盘和纯涂层样品；
所述供气系统用于向高温高压釜和检测室内供应所需气体；
所述实时监测系统用于通过探测器分别监测高温高压釜和检测室内的溶解氧含量；
所述废气处理系统与高温高压釜内部连通，用于处理高温高压釜内排出的废气。
优选的，所述纯涂层样品安装装置包括依次从上到下固定连接的安装装置上盖、样品定位装置和安装装置下盖；样品定位装置和安装装置下盖中间对应设置两个中空腔体，样品定位装置的两个中空腔体和安装装置上盖形成检测室的第一腔室和第二腔室；多孔陶瓷盘和纯涂层样品对应第一腔室，多孔柔性盘和纯涂层样品对应第二腔室，均压紧固定在样品定位装置和安装装置下盖之间。
进一步的，安装装置上盖和样品定位装置之间，样品定位装置和多孔陶瓷盘之间，样品定位装置和多孔柔性盘之间，以及安装装置下盖和纯涂层样品之间分别设置有密封垫圈。
进一步的，样品定位装置的两端中部设置有凹槽，安装装置上盖下端中部和安装装置下盖上端中部分别设置有凹槽镶嵌配合的凸台；安装装置上盖、样品定位装置和安装装置下盖由依次贯穿的紧固螺栓通过配合的螺母固定连接。
优选的，所述的供气系统包括多个气瓶，以及分别与气瓶连接且设置在高温高压釜和检测室内的单向进气口。
进一步的，每个气瓶上至少设置有三条管线，至少一条管线连接设置在高温高压釜内的单向进气口，至少一条管线连接设置在检测室第一腔室内的单向进气口，至少一条管线连接设置在检测室第二腔室内的单向进气口。
一种用于评价高温高压下溶解氧在防腐涂层中渗透性的方法，基于上述任一装置，其包括如下步骤，
步骤1，将多孔陶瓷盘和纯涂层样品密封固定在纯涂层样品安装装置中单侧开口的检测室第一腔室的开口端，将多孔柔性盘和纯涂层样品密封固定在纯涂层样品安装装置中单侧开口的检测室第二腔室的开口端，检测室的第一腔室和第二腔室内填充有检测溶液；
步骤2，将纯涂层样品安装装置放入高温高压釜，连接好高温高压釜的供气系统和实时监测系统后，向高温高压釜内注入检测溶液；
步骤3，通过供气系统向高温高压釜，以及检测室的第一腔室和第二腔室内通入惰性气体对检测溶液进行除氧处理，并通过实时监测系统实时记录溶解氧含量，到达试验要求后完成除氧；
步骤4，向高温高压釜内充入实验要求的溶解氧；启动高温高压釜内设置的加热装置，升温至预定温度；此过程中通过实时监测系统对高温高压釜、检测室的第一腔室和第二腔室内的溶解氧含量进行实时监测，从而得到高温高压釜、检测室的第一腔室和第二腔室内的溶解氧含量的相对变化，以此分别评价高温高压下溶解氧在防腐涂层中渗透性和防腐涂层在发生变形的情况下溶解氧在防腐涂层中的渗透性。
优选的，步骤1的具体的步骤如下，
将纯涂层样品安装装置中的样品定位装置安装在安装装置上盖上，将装置反面朝上，向检测室的第一腔室和第二腔室内注入检测溶液，然后在第一腔室依次安装密封垫圈、多孔陶瓷盘、纯涂层样品和密封垫圈，在第二腔室依次安装密封垫圈、多孔柔性盘、纯涂层样品和密封垫圈，最后安装装置下盖；依次穿过安装装置上盖、样品定位装置和安装装置下盖的紧固螺栓与配合的螺母紧固连接，完成第一腔室和第二腔室的纯涂层样品的安装固定。
优选的，实时监测系统通过三个分别设置在检测室第一腔室和第二腔室，以及高温高压釜中的溶解氧探测器，实时监测高温高压釜和检测室内的溶解氧含量，通过设置在高温高压釜中的压力探测器、温度探测器和ph探测器实时监测高温高压釜内的压力、温度和ph值。
优选的，还包括完成除氧后进行环境模拟的步骤，按照试验要求通过供气系统向高温高压釜，以及检测室的第一腔室和第二腔室内通入腐蚀性气体达到所模拟的实际情况要求，再补充惰性气体使达到预定压力后执行步骤4。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述装置通过加热装置调节温度，通过供气系统一方面能够调节压力，一方面能够按照试验要求通入腐蚀性气体(h2s、co2等)，可模拟多种注水工况不同井段的油管涂层服役环境，实时监测模拟工况下溶解氧在防腐涂层中的渗透性，而且能够在高温高压釜中注入不同的检验溶液，实现了一种装置多种用途。通过设置的多孔陶瓷盘，具有高密度的空隙，可保证溶解氧透过涂层后渗入检测室，又能支撑纯涂层样品，保证纯涂层样品在高压釜内施加压力时不被破坏。应用该装置可以评价防腐涂层的抗溶解氧渗透性能；同时，通过使用具有高密度空隙的多孔柔性盘，可以保证溶解氧透过涂层后渗入检测室，又能支撑纯涂层样品，保证纯涂层样品在高压釜内施加压力时纯涂层样品发生一定量的变形但不被破坏，进行评价防腐涂层的抗溶解氧渗透性能；这对油田现场油管涂层的选用和寿命预测具有重要意义。
进一步的，通过设置的三段式结构设置的纯涂层样品安装装置，在保证检测室密闭空间的同时，能够镶嵌配合；并且对纯涂层样品进行稳定和密封加持。
进一步，多个气瓶的设置能够满足不同实际情况下的需求，适应范围广，同时在高温高压釜中和检测室中同时进行通气处理，使得内外压力平衡，并且能够保证检测液的一致性。
本发明所述方法通过加热装置调节温度，通过供气系统一方面能够调节压力，一方面能够按照试验要求通入惰性气体实现除氧操作，可模拟多种注水工况不同井段的油管涂层服役环境，实时监测模拟工况下溶解氧在防腐涂层中的渗透性，而且能够在高温高压釜中注入不同的检验溶液；通过使用具有高密度空隙的多孔陶瓷盘，可保证溶解氧透过涂层后渗入检测室，又能支撑纯涂层样品，保证纯涂层样品在高压釜内施加压力时不被破坏，进行评价防腐涂层的抗溶解氧渗透性能；另外，通过使用具有高密度空隙的多孔柔性盘，可以保证溶解氧透过涂层后渗入检测室，又能支撑纯涂层样品，保证纯涂层样品在高压釜内施加压力时纯涂层样品发生一定量的变形但不被破坏，进行评价防腐涂层的抗溶解氧渗透性能；这对油田现场油管涂层的选用和寿命预测具有重要意义。
进一步的，通过三段式结构设置的纯涂层样品安装装置，在保证检测室密闭空间的同时，能够镶嵌配合；并且对纯涂层样品进行稳定和密封加持，保证了对管道的模拟和试验的准确性。
进一步的，通过供气系统按照试验要求通入腐蚀性气体(h2s、co2等)能够更好的模拟实际环境，并同时在高温高压釜中和检测室中同时进行通气处理，使得内外压力平衡，并且能够保证检测液的一致性。
进一步的，通过废气处理系统设置保证了整个装置的环保和安全可靠，使得试验安全环保可靠。
附图说明
图1为本发明用于评价高温高压下溶解氧在防腐涂层中渗透性的装置的整体结构示意图。
图2为本发明实例所述装置中防腐涂层发生变形时的整体结构示意图。
图3为本发明实例中所述的纯涂层样品安装装置的俯视图。
图中：1、高温高压釜，2、纯涂层样品安装装置，3、供气系统，4、实时监测系统，5、废气处理系统，6、主加热器，7、副加热器，8、集束器，9、气瓶，10、单向排气口，11、单向进气口，12、计算机，13、溶解氧探测器，14、压力探测器，15、温度探测器，16、ph探测器，17、样品定位装置，18、安装装置上盖，19、安装装置下盖，20、紧固螺栓，21、螺母，22、多孔陶瓷盘，23、检测室，24、密封垫圈，25、纯涂层样品，26、检测溶液，27、多孔柔性盘。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种用于评价高温高压下溶解氧在防腐涂层中渗透性的装置，包括：高温高压釜1，纯涂层样品安装装置2，供气系统3，实时监测系统4和废气处理系统5；其中纯涂层样品安装装置2包括样品定位装置17，安装装置上盖18、安装装置下盖19、紧固螺栓20、螺母21、多孔陶瓷盘22和多孔柔性盘27。应用该装置可以评价高温高压环境下溶解氧在防腐涂层中渗透性和防腐涂层在发生变形的情况下溶解氧在防腐涂层中的渗透性；通过调节温度和压力，并注入不同的实验溶液，按照试验要求通入腐蚀性气体(h2s、co2等)，可模拟多种注水工况不同井段的油管涂层服役环境。这对油田现场油管涂层的选用和寿命预测具有重要意义。
其中，如图1所示，高温高压釜1包括一副主加热器6和一个副加热器7，分别位于高温高压釜1的底部和侧壁，以保证高压釜内温度的均匀性；还包括一个用于对管束进行密封连接接入的集束器8，所述的管束包括供气系统3的输入管线、实时监测系统4的信号线和废气处理系统5的输出管线。
如图1和图3所示，纯涂层样品安装装置2中样品定位装置17和安装装置上盖18及安装装置下盖19采用密封垫圈24密封，以防止溶解氧从缝隙处渗入检测室。多孔陶瓷盘22具有高密度的空隙，可保证溶解氧透过涂层后渗入检测室23，又能支撑纯涂层样品25，保证纯涂层样品25在高温高压釜1内施加压力时不被破坏；如图2所示，具有高密度空隙的多孔柔性盘27，可以保证溶解氧透过涂层后渗入检测室，又能支撑纯涂层样品，保证纯涂层样品在高压釜内施加压力时纯涂层样品发生一定量的变形但不被破坏。本优选实例中，样品定位装置17的两端中部设置有凹槽，安装装置上盖18下端中部和安装装置下盖19上端中部分别设置有凹槽镶嵌配合的凸台；安装装置上盖18、样品定位装置17和安装装置下盖19由依次贯穿的紧固螺栓20通过配合的螺母21固定连接。密封垫圈24、多孔陶瓷盘22和纯涂层样品25，以及密封垫圈24、多孔柔性盘27和纯涂层样品25均对应设置在凹槽和凸台的轴向接触面上。
如图1和图2所示，供气系统3包括多个供气装置，可保证高压釜和检测室内的压力和溶解氧含量。供气系统3包括多个气瓶9、多条管线和多个单向进气口11。能够供应包括氧气，以及h2s和co2等腐蚀性气体，还有所需要的惰性气体。
如图1和图2所示，实时监测系统4包括多个探测器和一台用于数据处理的计算机12，具体包括三个分别设置在检测室23第一腔室和第二腔室，以及高温高压釜1中的溶解氧探测器13，设置在高温高压釜1中的压力探测器14，温度探测器15和ph探测器16，用于监测对应位置内的溶解氧含量，压力、温度和ph值等参数。
本发明中通过检测溶液26配合供气系统3向其通入的气体，实现对油田注水环境的模拟。检测溶液26能够采用现有技术中的检测溶液。
本发明一种用于评价高温高压下溶解氧在防腐涂层中渗透性的方法，包括如下步骤，
步骤1，将多孔陶瓷盘22和纯涂层样品25密封固定在纯涂层样品安装装置2中单侧开口的检测室23第一腔室的开口端，将多孔柔性盘27和纯涂层样品25密封固定在纯涂层样品安装装置2中单侧开口的检测室23第二腔室的开口端，检测室23的第一腔室和第二腔室内填充有检测溶液26；其中，将纯涂层样品安装装置2中的样品定位装置17安装在安装装置上盖18上，将装置反面朝上，向检测室23的第一腔室和第二腔室内注入检测溶液26，然后在第一腔室依次安装密封垫圈24、多孔陶瓷盘22、纯涂层样品25和密封垫圈24，在第二腔室依次安装密封垫圈24、多孔柔性盘27、纯涂层样品25和密封垫圈24，最后安装装置下盖19，依次穿过安装装置上盖18、样品定位装置17和安装装置下盖19的紧固螺栓20与配合的螺母21紧固连接，完成纯涂层样品25的安装固定；
步骤2，将纯涂层样品安装装置2放入高温高压釜1，连接好高温高压釜1的供气系统3和实时监测系统4后，向高温高压釜1内注入检测溶液26；
步骤3，通过供气系统3向高温高压釜1、检测室23的第一腔室和第二腔室内通入惰性气体对检测溶液26进行除氧处理，并通过实时监测系统4实时记录溶解氧含量，到达试验要求后完成除氧；
完成除氧后进行环境模拟的步骤，按照试验要求通过供气系统3向高温高压釜1、检测室23的第一腔室和第二腔室内通入腐蚀性气体达到所模拟的实际情况要求，再补充惰性气体使达到预定压力后执行步骤4；所述的通入的腐蚀性气体包括h2s和co2中的至少一种；
步骤4，向高温高压釜1内充入实验要求的溶解氧；启动高温高压釜1内设置的加热装置，升温至预定温度；此过程中通过实时监测系统4对高温高压釜1、检测室23的第一腔室和第二腔室内的溶解氧含量进行实时监测，从而得到高温高压釜1、检测室23的第一腔室和第二腔室内的溶解氧含量的相对变化，以此分别评价高温高压下溶解氧在防腐涂层中渗透性和防腐涂层在发生变形的情况下溶解氧在防腐涂层中的渗透性；其中，多孔柔性盘27具有高密度空隙，可以保证溶解氧透过涂层后渗入检测室，又能支撑纯涂层样品，保证纯涂层样品在高压釜内施加压力时纯涂层样品发生一定量的变形但不被破坏，进行评价防腐涂层的抗溶解氧渗透性能。
本发明中，实时监测系统4通过三个分别设置在检测室23第一腔室和第二腔室，以及高温高压釜1中的溶解氧探测器13，实时监测高温高压釜1和检测室23内的溶解氧含量，通过设置在高温高压釜1中的压力探测器14、温度探测器15和ph探测器16实时监测高温高压釜1内的压力、温度和ph值。试验过程中通过与高温高压反应釜1连通的废气处理系统5对废气进行处理的步骤；废气处理后进行循环利用。