本發(fā)明公開了一種用于井下管柱腐蝕在線監(jiān)測(cè)的復(fù)合探頭，包括：套裝在筒形殼體內(nèi)的探頭本體；電阻探針，其包括密封參考元件和感受元件，相互串聯(lián)且與井下管柱材質(zhì)相同；以及交流阻抗探針，其包括參比電極、工作電極和輔助電極，并形成電化學(xué)三電極體系；通過采集電阻探針的參考元件與感受元件的端電壓，計(jì)算出井下管柱的腐蝕余量；通過在工作電極上加載不同頻點(diǎn)的正弦波信號(hào)，并同步采集輔助電極的極化電流和參比電極的極化電位，獲得工作電極的極化電阻，進(jìn)而可測(cè)得腐蝕速率。本發(fā)明還公開了具有上述探頭的監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)井下油氣套管或管柱的腐蝕速率的快速在線監(jiān)測(cè)，適于井下高溫高壓環(huán)境中油、水、氣任意混合介質(zhì)的環(huán)境中。

1.一種用于井下管柱腐蝕在線監(jiān)測(cè)的裝置，其特征在于，其包括一種集成電阻探針和
交流阻抗探針的腐蝕監(jiān)測(cè)復(fù)合探頭，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量井下管柱的腐蝕余量和瞬時(shí)腐蝕速
率；
所述腐蝕監(jiān)測(cè)復(fù)合探頭包括：探頭本體(22)，其套裝在筒形殼體(31)內(nèi)，并與該筒形殼
體(31)內(nèi)壁面密封接觸，筒形殼體(31)與腐蝕環(huán)境接觸；
電阻探針，其包括密封設(shè)置在探頭本體(22)內(nèi)的參考元件(23)和位于探頭本體(22)外
并暴露于井下腐蝕環(huán)境中的感受元件(27)，該參考元件(23)與感受元件(27)串聯(lián)且二者均
與井下管柱材質(zhì)相同；以及
交流阻抗探針，其包括參比電極(24)、工作電極(25)和輔助電極(26)，并形成電化學(xué)三
電極體系，三電極均暴露于腐蝕環(huán)境，其中工作電極(25)的材質(zhì)與井下管柱相同；
通過采集所述電阻探針的參考元件(23)與所述感受元件(27)的端電壓，獲得所述感受
元件(27)與參考元件(23)的電阻比值，即可得到井下管柱腐蝕余量；通過在所述工作電極
(25)上加載不同頻點(diǎn)的正弦波信號(hào)，并同步采集輔助電極(26)的極化電流和參比電極(24)
的極化電位，據(jù)此計(jì)算出相應(yīng)頻點(diǎn)的阻抗值，進(jìn)而獲得工作電極(25)的極化電阻，進(jìn)而可測(cè)
得井下管柱的瞬時(shí)腐蝕速率；
所述裝置還包括設(shè)置在該復(fù)合探頭的探頭本體(22)上的PCB板(32)，該P(yáng)CB板(32)上設(shè)
置有波形發(fā)生器(1)，恒電位電路(4)，單片機(jī)(5)，多通道A/D轉(zhuǎn)換器(7)和雙向恒流源(8)，
其中，
所述單片機(jī)(5)分別與所述恒電位電路(4)和多通道A/D轉(zhuǎn)換器(7)連接，所述雙向恒流
源(8)通過導(dǎo)線連接到串聯(lián)的參考元件(23)和感受元件(27)首末兩端，用于維持流過電阻
探針的感受元件(27)和參考元件(23)的電流恒定，所述恒電位電路(4)兩端分別與所述交
流阻抗探針的參比電極(24)和工作電極(25)連接，所述波形發(fā)生器(1)輸出不同頻率的交
流信號(hào)通過該恒電位電路(4)加載至參比電極(24)和工作電極(25)之間，
所述多通道A/D轉(zhuǎn)換器(7)通過四個(gè)端口分別連接至電阻探針的感受元件(27)兩端和
參考元件(23)的兩端，用于對(duì)恒定電流流經(jīng)兩者后的電壓差進(jìn)行同步采樣，并通過導(dǎo)線與
交流阻抗探針的參比電極(24)、工作電極(25)和輔助電極(26)連接，該參比電極(24)和工
作電極(25)之間的交流電壓以及輔助電極(26)輸出的交流電流信號(hào)由所述多通道A/D轉(zhuǎn)換
器(7)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，上述同步采樣的電壓差以及模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸入到所述單片機(jī)(5)
進(jìn)行處理，分別獲得所述感受元件(27)與參考元件(23)的電阻比值，以及所述交流電壓
(U_AC)與交流電流信號(hào)之間的幅值比與相位差，通過該幅值比與相位差獲得不同頻率下工作
電極(25)的阻抗譜進(jìn)而獲得腐蝕速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于井下管柱腐蝕在線監(jiān)測(cè)的裝置，其中，所述加載的不
同頻點(diǎn)的正弦波信號(hào)分別為高頻正弦波信號(hào)和低頻正弦波信號(hào)，其中高頻正弦波信號(hào)為
100～1000Hz范圍內(nèi)的信號(hào)，低頻正弦波信號(hào)為0.001～0.01Hz范圍內(nèi)的信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于井下管柱腐蝕在線監(jiān)測(cè)的裝置，其中，所述探頭
本體(22)與筒形殼體(31)內(nèi)壁接觸的外周面上設(shè)置有多個(gè)凹槽，用于容置密封圈，以將該
探頭的與腐蝕環(huán)境接觸的一端與另一端密封隔絕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于井下管柱腐蝕在線監(jiān)測(cè)的裝置，其中，在所述筒形殼
體(31)與腐蝕環(huán)境接觸的一端端部連接有一錐形護(hù)套(34)，該錐形護(hù)套表面開有多個(gè)小孔
(33)，用于保證腐蝕介質(zhì)自由進(jìn)入筒形殼體(31)內(nèi)并與電阻探針和交流阻抗探針接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于井下管柱腐蝕在線監(jiān)測(cè)的裝置，其中，所述筒形殼體
(31)的另一端設(shè)置有中心開口的螺母，用于封閉該筒形殼體(31)上端并使得鎧裝電纜可穿
過。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于井下管柱腐蝕在線監(jiān)測(cè)的裝置，其中，該裝置還包括
電源穩(wěn)壓器(9)和井口電源(10)，其中所述電源穩(wěn)壓器(9)內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換芯片和線性穩(wěn)壓
芯片，可將井口電源(10)提供的電壓降壓至相應(yīng)的直流電壓，并通過線性穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后
為PCB板(32)的所有電路供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于井下管柱腐蝕在線監(jiān)測(cè)的裝置，其中，該裝置還包括
安裝在井口的數(shù)據(jù)收發(fā)器(40)，其內(nèi)設(shè)置有收發(fā)器(40)，并與井下的所述PCB板(32)電連
接，用于將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端的腐蝕監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
8.一種利用權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的用于井下管柱腐蝕在線監(jiān)測(cè)的裝置對(duì)井下
管柱進(jìn)行腐蝕量和腐蝕速率實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的方法，包括如下步驟：
將所述復(fù)合探頭隨待監(jiān)測(cè)的管柱送入井下腐蝕環(huán)境中，并使得其中的電阻探針中的感
受元件(27)和交流阻抗探針的三個(gè)電極暴露于腐蝕環(huán)境中；
對(duì)所述電阻探針通以恒定電流，進(jìn)而采集所述參考元件(23)和感受元件(27)兩端的電
壓差，獲得所述感受元件(27)與參考元件(23)的電阻比值，進(jìn)而根據(jù)歐姆定律獲得井下管
柱腐蝕余量；
對(duì)所述工作電極(25)上加載不同頻點(diǎn)的正弦波信號(hào)，并同步采集輔助電極(26)的極化
電流和參比電極(24)的極化電位，據(jù)此計(jì)算出相應(yīng)頻點(diǎn)的阻抗值，進(jìn)而獲得工作電極(25)
的極化電阻，進(jìn)而可測(cè)得瞬時(shí)腐蝕速率。