CN105547884B - 一种喷射式冲蚀实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种喷射式冲蚀实验装置，其包括：具有密闭腔室的本体，本体具有第一输入端、第二输入端和第一输出端，本体的密闭腔室内能设置有待测样本；用于对待测样本进行温度控制的温控装置；与第一输入端相连接的冲蚀装置，冲蚀装置能通过第一输入端向待测样本上喷射流体；与第二输入端相连接的气体输入源，气体输入源能向本体的密闭腔室内输入气体；设置于本体内并用于检测本体内压力的第一检测件；与第一输出端连接的流速控制装置；流速控制装置能基于第一检测件获取到的压力值对自第一输出端流出的流体的流速进行控制；本发明实现了提供一种能模拟井下高温高压环境的喷射式冲蚀实验装置的目的。

Description

一种喷射式冲蚀实验装置
技术领域
本发明涉及采气工程领域，尤其涉及一种喷射式冲蚀实验装置。
背景技术
高压气井试油、完井及生产过程中，天然气从井底向井口流动，大部分处于液态，随着压力的降低会转变为气态，同时，地层、孔隙游离砂及岩石骨架破碎形成的固体颗粒会随油气一起产出，形成固、液流体。当这些流体以较高的温度、压力和流速在管道内输送时，这些流体的流速超过一定的流速时将对输运管路内壁面产生冲击磨损和化学腐蚀，即冲蚀现象，导致管道内壁面质量流失。当冲蚀不断积累，最终将导致管道破损失效，引发难以预计的安全事故。这个一定的流速称为临界流速。根据该临界流速能得到管柱的临界冲蚀流量，而根据临界冲蚀流量能得到某一温度和压力条件下的管柱的最大尺寸，从而通过测量该临界流速能为油井中的管柱尺寸提供依据。
现有技术中，研究管道冲蚀主要有软件仿真和冲蚀实验两种方式。冲蚀实验分为三种类型：旋转式冲蚀、喷射式冲蚀和管道循环式冲蚀。在旋转式冲蚀实验中，样品不停地旋转，不易于进行电化学分析测试，更不容易控制冲蚀角度；由旋转产生的涡流也会对冲蚀速度产生影响，所以不能准确测量临界流速。在管道循环式冲蚀实验中，由于管道长度长，所以其承压最多只有2MPa，所以不能模拟井下的高压环境；喷射式冲蚀实验能够准确地控制流体的流速和角度，所以能准确测得临界流速，但现有技术中的喷射式实验均是在常压下进行的，但实际井下处于高温高压的状态，因此现有技术中的喷射式实验测量的临界流速的结果与实际井下管柱发生冲蚀的临界流速有很大差别，从而导致实验结果的不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种能模拟井下高温高压环境，从而能准确测量临界流速的喷射式冲蚀实验装置。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种喷射式冲蚀实验装置，其包括：具有密闭腔室的本体，所述本体具有第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述本体的密闭腔室内能设置有待测样本；用于对所述待测样本进行温度控制的温控装置；与所述第一输入端相连接的冲蚀装置，所述冲蚀装置能通过所述第一输入端向所述待测样本上喷射流体；与所述第二输入端相连接的气体输入源，所述气体输入源能向所述本体的密闭腔室内输入气体；设置于所述本体内并用于检测所述本体内压力的第一检测件；与所述第一输出端连接的流速控制装置；所述流速控制装置能基于所述第一检测件获取到的压力值对自所述第一输出端流出的流体的流速进行控制。
优选地，所述喷射式冲蚀实验装置包括控制装置，所述第一检测件获取压力值，所述控制装置将获取到的所述压力值与预设压力进行比较；所述控制装置基于比较结果控制所述流速控制装置。
优选地，当获取到的所述压力值大于预设压力时，所述控制装置控制所述流速控制装置，将自所述第一输出端流出的流体的流速增大。
优选地，当获取到的所述压力值小于预设压力时，所述控制装置控制所述流速控制装置，将自所述第一输出端流出的流体的流速降低。
优选地，所述冲蚀装置和所述第一输入端之间设置有第一阀门，所述第一阀门能基于所述第一检测件和所述温控装置开启或关闭。
优选地，所述流速控制装置包括对自所述第一输出端流出所述本体的流速具有不同的控制范围的多个流速控制装置。
优选地，述第一输出端上设置有第四阀门，所述第四阀门能基于所述第一检测件开启或关闭。
优选地，其包括：具有第三输入端和第三输出端的压力罐，所述第三输入端与所述流速控制装置相连接，所述第三输出端与液体回收装置相连接。
优选地，所述压力罐还包括第四输出端，所述第四输出端与气体回收装置连接，所述气体回收装置与所述气体输入源相连接。
优选地，所述冲蚀装置具有冲蚀端，所述冲蚀端的延伸方向与所述待测样本的延伸方向之间形成有夹角；所述本体内设置有支撑体，所述待测样本与所述支撑体相连接，所述夹角的大小能通过所述支撑体改变。
本发明提供的一种喷射式冲蚀实验装置的有益效果是：本发明提供的一种喷射式冲蚀实验装置通过用于对待测样本进行温度控制的温控装置对待测样本进行温度控制，从而模拟井下高温的环境；与第二输入端相连接的气体输入源，所述气体输入源能向本体的密闭腔室内输入气体，从而该本体能通过第二输入端对本体内进行加压；以使得本体内达到模拟井下压力的预设压力；本体上设置有第一检测件；与第一输出端相连接的流速控制装置，该流速控制装置能基于第一检测件检测的压力控制通过第一输出端流出本体的流体的流速；从而在本体内进行冲蚀实验时，随着冲蚀实验的进行，冲蚀实验的流体将会增加本体内的压力，此时能通过该流速控制装置控制通过第一输出端流出本体的流体的流速，使得本体内的压力维持于预设压力；从而模拟井下高压的环境；从而保证冲蚀实验是在高温高压的环境下进行，从而实现了本发明提供一种能模拟井下高温高压环境，从而能准确测量临界流速的的喷射式冲蚀实验装置的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1。本发明提供一种喷射式冲蚀实验装置，其包括：具有密闭腔室的本体13，所述本体13具有第一输入端11、第二输入端47和第一输出端49，所述本体13的密闭腔室内能设置有待测样本15；用于对所述待测样本15进行温度控制的温控装置45；与所述第一输入端11相连接的冲蚀装置17，所述冲蚀装置17能通过所述第一输入端11向所述待测样本15上喷射流体；与所述第二输入端47相连接的气体输入源61，所述气体输入源61能向所述本体13的密闭腔室内输入气体；设置于所述本体13内并用于检测所述本体13内压力的第一检测件55；与所述第一输出端49连接的流速控制装置32；所述流速控制装置32能基于所述第一检测件55获取到的压力值对自所述第一输出端49流出的流体的流速进行控制。
本发明提供的一种喷射式冲蚀实验装置通过用于对待测样本15进行温度控制的温控装置45对待测样本15进行温度控制，从而模拟井下高温的环境；与第二输入端47相连接的气体输入源61，所述气体输入源61能向本体13的密闭腔室内输入气体，从而该本体13能通过第二输入端47对本体13内进行加压；以使得本体13内达到模拟井下压力的预设压力；本体13上设置有第一检测件55；与第一输出端49相连接的流速控制装置32，该流速控制装置32能基于第一检测件55检测的压力控制通过第一输出端49流出本体13的流体的流速；从而在本体13内进行冲蚀实验时，随着冲蚀实验的进行，冲蚀实验的流体将会增加本体13内的压力，此时能通过该流速控制装置32控制通过第一输出端49流出本体13的流体的流速，使得本体13内的压力维持于预设压力；从而模拟井下高压的环境；从而保证冲蚀实验是在高温高压的环境下进行，从而实现了本发明提供一种能模拟井下高温高压环境的喷射式冲蚀实验装置的目的。
如图1所示，在本实施方式中，具有密闭腔室的本体13；该本体13具有第一输入端11、第二输入端47和第一输出端49，冲蚀流体能通过该第一输入端11进入本体13内；从而在该本体13内对管柱材料进行冲蚀实验。该第二输入端47用于对本体13进行加压，从而该第一输出端49用于使本体13内的流体通过该第一输出端49流出本体13；从而降低本体13内的压力；从而通过该第二输入端47和第一输出端49分别对该本体13内的加压和减压作用，使得本体13内具有预设压力，从而使本体13内处于高压的环境，从而模拟井下高压的环境。本体13的密闭腔室内能设置有待测样本15；该待测样本15为管柱材料的样本，从而通过对该待测样本15进行冲蚀实验，得到管柱材料发生冲蚀的临界流速。本体13内设置有支撑体，该支撑体与待测样本15相连接，夹角21的大小能通过支撑体改变，从而能通过支撑体控制冲蚀角度，从而能模拟井下冲蚀的角度。在本实施方式中，该待测样本15与支撑体通过枢轴连接，从而待测样本15能相对于支撑体转动，从而改变夹角21的大小。本体13上设置有第一检测件55，第一检测件55用于检测本体13内的压力；在本实施方式中，该第一检测件55为压力传感器。
如图1所示，在本实施方式中，与第一输入端11相连接有冲蚀装置17，该冲蚀装置17具有冲蚀端19，冲蚀端19的延伸方向与待测样本15的延伸方向之间形成有夹角21；从而通过该夹角21模拟井下冲蚀的冲蚀角度。该夹角21的大小能通过支撑体改变，从而能模拟井下冲蚀的各种不同的角度，从而能真实模拟井下的冲蚀现象。该冲蚀端19能向待测样本15上喷射流体；从而使流体在待测样本15上发生冲蚀现象。该冲蚀装置17和第一输入端11之间设置有第一阀门23；该第一阀门23能基于第一检测件55和温控装置45开启或关闭，从而能在本体13内的密闭腔室内处于高温高压的环境下打开该第一阀门23，使得冲蚀装置17中的流体通过冲蚀端19向待测样本15上喷射；或者通过关闭该第一阀门23，停止向待测样本15上喷射流体。
如图1所示，在本实施方式中，冲蚀装置17包括与第一阀门23相连接的气体输入源61，从而能够通过该气体输入源61向本体13内进行喷射高压气体，从而进行冲蚀实验。在本实施方式中，该气体输入源61为高压气源。
如图1所示，在本实施方式中，冲蚀装置17还包括输液装置63和具有第三入口端81、第四入口端83和第三出口端89的混合装置65；该第三入口端81与气体输入源61相连接，第四入口端83与输液装置63相连接，第三出口端89与第一阀门23相连接，混合装置65能将输气装置输出的气体分散在输液装置63输出的液体中，或者能将输液装置63输出的液体分散在输气装置输出的气体中，从而该混合装置65能使气体输入源61中输出的气体与输液装置63中输出的液体充分进行混合，从而模拟实际井下气体和液体充分混合的情况，从而更真实地模拟井下冲蚀的情况。在本实施方式中，该气体输入源61与第三入口端81之间设置有第五阀门31，从而可以通过该第五阀门31打开或关闭该气体输入源61与该混合装置65之间的连通。该气体输入源61与该第五阀门31之间设置有第二检测件57，该第二检测件57用于检测通过该第二检测件57的流量，在本实施方式中，该第二检测件57为流量计。
如图1所示，在本实施方式中，该输液装置63包括储液罐67和与储液罐67相连通的泵体69，该储液罐67和泵体69之间设置有第六阀门33，从而可以通过该第六阀门33打开或关闭该储液罐67与该泵体69之间的连通。该第六阀门33与本体13之间设置有第三检测件59，该第三检测件59用于检测通过该第三检测件59的流量，在本实施方式中，该第三检测件59为流量计。
如图1所示，在本实施方式中，温控装置45，温控装置45用于对待测样本15进行温度控制，从而使得在冲蚀实验前，能通过该温控装置45对待测样本15进行加温，以模拟井下高温的环境。
如图1所示，在本实施方式中，气体输入源61还与第二输入端47相连接，该气体输入源61能通过第二输入端47对本体13输入气体，以使得在本体13内进行冲蚀实验前，能通过该气体输入源61对本体13内进行加压，以使得本体13内达到模拟井下压力的预设压力；而在本体13内进行冲蚀实验时，该气体输入源61继续对本体13内进行加压，以保证本体13内处于高压的环境。
如图1所示，在本实施方式中，气体输入源61和第二输入端47之间连接的管线上设置有第三阀门27；第一输出端49与第一入口端77之间设置有第四阀门29，第四阀门29能基于第一检测件55开启或关闭，从而在本体13内进行冲蚀实验前，当该本体13内的压力超过预设压力时，打开该第四阀门29使得本体13内维持于预设压力，从而保证冲蚀实验是在预设压力下进行。
如图1所示，在本实施方式中，第一输出端49连接有流速控制装置32，该流速控制装置32能基于第一检测件55获取到的压力值对自第一输出端49流出的流体的流速进行控制。随着冲蚀实验的进行，冲蚀实验的流体将会增加本体13内的压力，当本体13内的压力与预设压力相差较大时，通过该流速控制装置32增大通过第一输出端49流出本体13的流速，从而使得本体13内的压力维持于预设压力；当本体13内的压力与预设压力相差较小时，通过该流速控制装置32减小通过第一输出端49流出本体13的流速，从而使得本体13内的压力维持于预设压力；从而能通过该流速控制装置32动态调整通过第一输出端49的流体的流速来使得本体13维持于预设压力；从而保证在冲蚀过程进行的过程中，本体13内恒定的高压的环境，从而模拟井下高压的环境；该预设压力为井下的压力。
在本实施方式中，本发明提供一种喷射式冲蚀实验装置，还包括：控制装置。在本实施方式中，该流速控制装置32能基于第一检测件55获取到的压力值对自第一输出端49流出的流体的流速进行控制通过以下步骤实现：首先，通过第一检测件55获取压力值，从而能检测到密闭腔室内的压力。然后，该控制装置将获取到的压力值与预设压力进行比较；以便控制本体13内的压力；从而使本体13内的压力恒定于预设的压力。在本实施方式中，该控制装置为计算机。最后，控制装置基于比较结果控制流速控制装置32。当获取到的压力值大于预设压力时，控制装置控制流速控制装置32，将自第一输出端49流出的流体的流速增大。当获取到的压力值小于预设压力时，控制装置控制流速控制装置32，将自第一输出端49流出的流体的流速降低。
如图1所示，在本实施方式中，流速控制装置32包括对自第二输出端流出本体13的流速具有不同的控制范围的多个流速控制装置32，从而可以防止因为本体13内压力过高而超出某一个流速控制装置32的调节范围。在本实施方式中，流速控制装置32包括对通过第一输出端49流出本体13的流体的流速具有不同的控制范围的第一流速控制装置73和第二流速控制装置75，第一流速控制装置73具有与第一输出端49相连接的第一入口端77和第一出口端85，第二流速控制装置75具有与第一出口端85相连接的第二入口端79和与外部相连通的第二出口端87；第一出口端85与第二入口端79之间设置有第二阀门25。从而可以通过该不同控制范围的流速控制装置32，对通过第一输出端49流出本体13的流体的流速进行控制，从而避免只有一个控制范围的流速控制装置32时，由于控制范围较小而无法将通过第一输出端49流出本体13的流体的流速调节到所需的流速的情况。在本实施方式中，该第一流速控制装置73的控制范围大于第二流速控制装置75的控制范围，从而当本体13内的压力与预设压力相差较大时，打开该第二阀门25，使得过第一输出端49流出本体13的流体的流速先通过控制范围较大的流速控制装置32进行降低，再通过控制范围较小的流速控制装置32进行降低，从而保证其能降低到所需的流速，而当本体13内的压力与预设压力相差较小时，关闭该第二阀门25，使得过第一输出端49流出本体13的流体的流速通过控制范围较大的流速控制装置32进行降低。
如图1所示，在本实施方式中，具有第三输入端22和第三输出端24的压力罐20，该第三输入端22与流速控制装置32相连接，该第三输出端24与液体回收装置97相连接；压力罐20还包括第四输出端26，第四输出端26与气体回收装置36连接，气体回收装置36与气体输入源61相连接。从而能通过该压力罐20使得通过流速控制装置32降低了流速的流体中的液体能通过液体回收装置97进行回收，气体能通过气体回收装置36进行回收，从而返回到气体输入源61，进行气体的回收再利用。在本实施方式中，该压力罐20包括与第一流速控制装置73相连接的第一压力罐28和与第二流速控制装置75相连接的第二压力罐30。
如图1所示，在本实施方式中，本体13上设置有第一回收端93、该液体回收装置97包括与第一回收端93连接的第一回收装置95，该第一回收端93与第一回收装置95之间设置有第九阀门39，从而当冲蚀实验结束后，本体13内的液体能进入第一回收装置95。
如图1所示，在本实施方式中，该液体回收装置97还包括与第一压力罐28相连接的高压回收装置58和与第二压力罐30相连接的低压回收装置60；该第一压力罐28与高压回收装置58之间设置有第十阀门41，该第二压力罐30与低压回收装置60之间设置有第十一阀门43。
如图1所示，在本实施方式中，该气体回收装置36还包括与第二压力罐30相连接的具有第二开口端56的第二回收体52；该第二压力罐30与该第二回收体52之间设置有第八阀门37。该气体回收装置36还包括与气体输入源61相连接的具有第一开口端54的第一回收体50，该气体输入源61与第一回收体50之间设置有第七阀门35，第一开口端54内的高压气体能通过第二开口端56流入气体输入源61内，从而能将高压气体回收再利用。
如图1所示，在本实施方式中，第一控制装置，该第一控制装置用于基于温控装置45和气体输入源61控制第一阀门23，以保证在本体13内进行冲蚀实验前，能通过该温控装置45对本体13内进行加温，以模拟井下高温的环境，能通过该气体输入源61对本体13内进行加压，以模拟井下高温的环境，以使得本体13内达到模拟井下压力的预设压力；从而实现本发明提供一种能模拟井下高温高压环境的喷射式冲蚀实验装置的目的。在本实施方式中，该第一控制装置为计算机。
本发明提供的一种喷射式冲蚀实验装置的操作步骤如下：
第一步：将待测样本15与支撑体相连接，调整好冲蚀角度；
第二步：打开温控装置45对本体13内进行加压；通过打开第三阀门27，打开气体输入源61，对本体13内进行加压；通过打开第四阀门29使得本体13内的压力维持于预设压力；
第三步：通过打开第七阀门35和第八阀门37，打开第一回收体50与气体输入源61的连通和第二出口端87与第二回收体52的连通；
第四步：打开第二检测件57、第五阀门31和第三检测件59和第六阀门33，向混合装置65内输入一定比例的气体和液体；
第五步：打开第一阀门23，进行冲蚀实验；待冲蚀实验结束后，进行第六步；
第六步：首先关闭第五阀门31和第三阀门27，然后关闭第六阀门33，再关闭第一阀门23；关闭第四阀门29、第七阀门35与第八阀门37；
第七步：打开第九阀门39、第十阀门41和第十一阀门43，进行液体回收。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种喷射式冲蚀实验装置，其特征在于，其包括：
具有密闭腔室的本体，所述本体具有第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述本体的密闭腔室内能设置有待测样本；
用于对所述待测样本进行温度控制的温控装置；
与所述第一输入端相连接的冲蚀装置，所述冲蚀装置能通过所述第一输入端向所述待测样本上喷射流体；
与所述第二输入端相连接的气体输入源，所述气体输入源能向所述本体的密闭腔室内输入气体；
设置于所述本体内并用于检测所述本体内压力的第一检测件；
与所述第一输出端连接的流速控制装置；所述流速控制装置能基于所述第一检测件获取到的压力值对自所述第一输出端流出的流体的流速进行控制。
2.根据权利要求1所述的喷射式冲蚀实验装置，其特征在于：所述喷射式冲蚀实验装置包括控制装置，
所述第一检测件获取压力值，
所述控制装置将获取到的所述压力值与预设压力进行比较；
所述控制装置基于比较结果控制所述流速控制装置。
3.根据权利要求2所述的喷射式冲蚀实验装置，其特征在于：当获取到的所述压力值大于预设压力时，所述控制装置控制所述流速控制装置，将自所述第一输出端流出的流体的流速增大。
4.根据权利要求2所述的喷射式冲蚀实验装置，其特征在于：当获取到的所述压力值小于预设压力时，所述控制装置控制所述流速控制装置，将自所述第一输出端流出的流体的流速降低。
5.根据权利要求1所述的喷射式冲蚀实验装置，其特征在于：所述冲蚀装置和所述第一输入端之间设置有第一阀门，所述第一阀门能基于所述第一检测件和所述温控装置开启或关闭。
6.根据权利要求1所述的喷射式冲蚀实验装置，其特征在于：所述流速控制装置包括对自所述第一输出端流出所述本体的流速具有不同的控制范围的多个流速控制装置。
7.根据权利要求1所述的喷射式冲蚀实验装置，其特征在于：所述第一输出端上设置有第四阀门，所述第四阀门能基于所述第一检测件开启或关闭。
8.根据权利要求1所述的喷射式冲蚀实验装置，其特征在于，其包括：具有第三输入端和第三输出端的压力罐，所述第三输入端与所述流速控制装置相连接，所述第三输出端与液体回收装置相连接。
9.根据权利要求8所述的喷射式冲蚀实验装置，其特征在于：所述压力罐还包括第四输出端，所述第四输出端与气体回收装置连接，所述气体回收装置与所述气体输入源相连接。
10.根据权利要求1所述的喷射式冲蚀实验装置，其特征在于：所述冲蚀装置具有冲蚀端，所述冲蚀端的延伸方向与所述待测样本的延伸方向之间形成有夹角；所述本体内设置有支撑体，所述待测样本与所述支撑体相连接，所述夹角的大小能通过所述支撑体改变。
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