CN110208093A - 旋转式颗粒样品铺置器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转式颗粒样品铺置器。旋转式颗粒样品铺置器包括外栅筒、内栅筒、阻尼分流器和基座，其中，内栅筒设置在外栅筒内而且和外栅筒形成栅隔阀，阻尼分流器包括用于与外栅筒同轴设置的阻尼筒，外栅筒支撑配置在阻尼筒上；阻尼筒内设有用于在颗粒下落的过程中使颗粒散开的阻尼环，阻尼环上下分层间隔设置有至少两个，上下相邻的两个阻尼环的平均半径不等；基座上设有转台，转台上设有用于承载具有破碎室的压裂模具并带动其旋转的压裂模具承载面，基座上还设有用于定位支撑阻尼分流器以使阻尼筒出料口对准压裂模具进口的分流器支撑结构。该旋转式颗粒样品铺置器的适用范围广、操作方便、颗粒样品的破碎率测试结果更准确。

Description

旋转式颗粒样品铺置器

技术领域

本发明涉及旋转式颗粒样品铺置器。

背景技术

在油气井开采过程中，压裂施工使得近井筒区域内产生许多天然裂缝，其中主裂缝两侧连通产生有多条分支裂缝，形成复杂缝网结构。为保证油气由裂缝顺利输出完成采集，需要向裂缝中铺置支撑剂。支撑剂是具有一定强度和级配的天然石英砂、人造高强度陶瓷颗粒或其他类似颗粒物品，在油气田水力压裂施工中其可以支撑着水力压裂裂缝，防止地层因压力卸载而重新回到原始闭合状态，从而形成具有较高导流能力的人工裂缝，让地层中的油气更好的通过裂缝最终到达地面，提高单井采收率，使油气田获得更高的效益。

在压裂支撑剂的质量检测中，破碎率是其性能评价的关键技术指标，是正确选择和使用支撑剂的重要依据。压裂支撑剂的破碎率测试是压裂支撑剂检测项目中相对重要的一环。目前，通用的测试方式是人工直接将压力支撑剂颗粒样品从称量杯中倾倒入破碎室内，该操作看似简单，但是测试结果相对偏差较大，且对人员的操作技能要求较高，人为因素很难排除，也导致测试的结果不稳定。鉴于此，专利号为US7562583B2的美国专利中公开了一种相关产品，该产品按照要求操作时，将称量好的颗粒样品通过栅筒内的格栅流入到破碎室内，由于格栅上的口的口径一致，所以该产品对于一般的颗粒样品能够达到铺平的要求，并且对一般颗粒样品进行多次测试，结果相对平行。但是，该产品仍存在一些问题：一是不同粒径的颗粒需要更换不同尺寸的格栅，操作起来比较麻烦，如果不更换格栅的话，则对于粒径规格较小和/或表面较粗糙的颗粒，在流入破碎室时，仍然会存在一定的堆积，难以达到理想的铺平效果；二是不能涵盖标准中的所有粒径规格的压裂支撑剂的破碎率检测，整体适用范围较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用范围较大的旋转式颗粒样品铺置器。

为实现上述目的，本发明提供的旋转式颗粒样品铺置器的技术方案是：

旋转式颗粒样品铺置器包括：

内栅筒，用于设置在外栅筒内，内栅筒与外栅筒形成用于控制颗粒外流的栅隔阀；

阻尼分流器，包括阻尼筒，用于与外栅筒同轴设置并接收从外栅筒流出的颗粒，外栅筒支撑配置在阻尼筒上；

阻尼筒内设有用于在颗粒下落的过程中使颗粒散开的阻尼环，阻尼环设置有至少两个，各阻尼环上下间隔设置，并在上下相邻的阻尼环之间形成使颗粒从上下相邻两个阻尼环之间通过的通道，上下相邻的两个阻尼环的平均半径不等；

基座，基座上设有转台，转台上设有用于承载具有破碎室的压裂模具并带动压裂模具旋转的压裂模具承载面。

基座上设有用于定位支撑阻尼分流器以使阻尼筒出料口对准压裂模具进口的分流器支撑结构。

有益效果：旋转式颗粒样品铺置器通过设置阻尼分流器，在颗粒从外栅筒下落至压裂模具的过程中，对颗粒进行分流，使颗粒散开而不会在压裂模具中不均匀堆积，并且在基座上部分流器支撑结构所固定支撑的阻尼分流器作用下，颗粒能够全部进入到压裂模具中；另外，基座上设置的转台能够带动压裂模具转动，经阻尼分流器分流散开的颗粒进入到压裂模具的破碎室中随压裂模具的旋转能够均匀的落在压裂模具的破碎室中进行铺平，能够克服人为因素对颗粒在压裂模具的破碎室中铺平这一实验过程的影响，并且旋转式颗粒样品铺置器对压裂支撑剂相关标准中的粒径规格没有要求，提高了适用范围。

进一步地，所述阻尼筒内还固定有径向延伸的用于与颗粒碰撞而使颗粒散开的阻尼杆。

有益效果：颗粒在下落的过程中，能同时被阻尼环和阻尼杆分流，从而使颗粒更均匀的散开。

进一步地，所述阻尼环通过阻尼杆固定在阻尼筒内。

有益效果：便于阻尼环在阻尼筒内的固定，同时用于固定阻尼环的阻尼杆不影响颗粒的下落，这样无需额外设置固定阻尼环的固定结构，简化了阻尼分流器的结构。

进一步地，所述阻尼环与阻尼杆一一对应设置，相互固定的阻尼环和阻尼杆中，阻尼环处于阻尼杆的上侧。

有益效果：阻尼环与阻尼杆一一对应设置能够更好地保证颗粒的均匀下落，相互固定的阻尼环和阻尼杆中，阻尼环设置在阻尼杆的上方，能够防止阻尼环和阻尼杆之间的夹缝中夹杂颗粒。

进一步地，所述阻尼杆通过阻尼筒的中心轴线而固定连接在阻尼筒的内筒壁上，各阻尼杆在上下方向上的投影相交于阻尼筒的中心轴线上。

有益效果：由于在用容器往内栅筒里倾倒支撑剂颗粒时容易形成中心堆积的情况，阻尼杆通过阻尼筒的中心轴线且各阻尼杆在上下方向上的投影相交于阻尼筒的中心轴线上，使颗粒在下落过程中逐次通过阻尼杆，沿阻尼筒的中心轴线两侧散开，却始终无法通过阻尼筒的中心轴线而下落，克服中心堆积的情况；另外，阻尼杆是以不同角度且分层布置的，不会影响其他结构的阻尼分流作用，并且在其他阻尼结构的作用下，颗粒重新填充在破碎室底部中心位置，达到铺平效果。

进一步地，上下相邻的两个阻尼环中，其中一个阻尼环的外径不大于另一个阻尼环的内径。

有益效果：上下相邻的两个阻尼环中，其中一个阻尼环的外径不大于另一个阻尼环的内径，即上下相邻的两个阻尼环交错布置，使颗粒经阻尼环分流后散开的更均匀。

进一步地，各阻尼环的径向截面的半径相等且设有三个，其中处于中间的阻尼环的外径最小。

有益效果：能够有效避免颗粒向破碎室底部圆周堆积而形成破碎室底部圆周高中心低的“火山口”式颗粒铺置状况，影响铺平效果。

进一步地，阻尼筒包括供外栅筒插入的外栅筒插入段，并且阻尼筒内设有限制外栅筒过度伸入的挡止结构。

有益效果：外栅筒插入到阻尼筒中，能够使颗粒全部落入到阻尼筒中，另外，阻尼筒内设有限制外栅筒过度伸入的挡止结构，能够避免外栅筒在过度插入阻尼筒后，与阻尼筒内的阻尼环发生干涉而影响最终的测试结果。

进一步地，阻尼筒还包括外栅筒支撑段，外栅筒支撑段处于外栅筒插入段的下侧且其内径小于外栅筒插入段的内径，外栅筒支撑段的内侧壁形成所述挡止结构，所述阻尼环设置在外栅筒插入段的下侧。

有益效果：通过阻尼筒的内壁形成用于防止外栅筒过度插入阻尼筒的挡止结构，能够简化阻尼筒的结构，无需在阻尼筒内额外设置其他的结构来限制外栅筒的伸入，阻尼环设置在外栅筒插入段的下侧，使外栅筒与外栅筒支撑段挡止配合后不会与阻尼环发生干涉。

进一步地，所述阻尼筒包括分体设置且同轴的上筒和下筒，下筒的上端插入上筒内，所述外栅筒支撑段和外栅筒插入段均设置在上筒上，所述阻尼环设置在下筒内。

有益效果：阻尼筒为分体式结构便于加工，下筒的上端插入上筒内，便于阻尼环的安装设置。

附图说明

图1为本发明的旋转式颗粒样品铺置器的结构示意图；

图2为本发明的旋转式颗粒样品铺置器中内栅筒的结构示意图；

图3为本发明的旋转式颗粒样品铺置器中外栅筒的结构示意图；

图4为本发明的旋转式颗粒样品铺置器中阻尼分流器的结构示意图。

附图标记说明：1-内栅筒，2-外栅筒，3-阻尼分流器，4-基座，5-阻尼筒，6-阻尼环，7-阻尼杆，8-内栅筒支撑筋，9-外栅筒支撑筋，10-外栅筒插入段，11-外栅筒支撑段，12-压裂模具，13-旋钮开关，14-压裂模具承载面，15-分流器支撑结构，16-电动机，17-电动机支架，18-电动机固定架，19-转台，20-套装段，21-上筒，22-下筒，23-承托板，24-立柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的旋转式颗粒样品铺置器的具体实施例：

旋转式颗粒样品铺置器主要用于铺平颗粒样品、提高支撑剂破碎率数据的稳定性，其结构如图1至图4所示，包括内栅筒1、外栅筒2、阻尼分流器3和基座4。

内栅筒1的结构如图2所示，其包括内栅筒筒体和设置在内栅筒筒体底部的内栅筒支撑筋8，内栅筒支撑筋8在水平方向间隔设置，颗粒样品可从相邻的两个内栅筒支撑筋8之间的间隔落下。

外栅筒2的结构如图3所示，其包括外栅筒筒体和设置在外栅筒筒体底部的外栅筒支撑筋9，其中，外栅筒筒体的内径大于内栅筒筒体的内径，且外栅筒筒体的内径与内栅筒筒体的外径适配，即内栅筒筒体能够同轴插入到外栅筒筒体内；外栅筒支撑筋9的截面尺寸与内栅筒支撑筋8的截面尺寸相同，并且其在水平方向上也间隔设置，颗粒样品可从相邻的两个外栅筒支撑筋9之间的间隔落下。

使用时，内栅筒筒体同轴插入到外栅筒筒体中，使相邻两个内栅筒支撑筋8之间的间隔正好填充一个外栅筒支撑筋9，通过内栅筒支撑筋8和外栅筒支撑筋9的相互配合，使内栅筒1和外栅筒2形成一个用于控制颗粒样品外流的栅隔阀，此时向内栅筒1中倒入称量好的颗粒样品后，颗粒样品不会从外栅筒2中落下。

阻尼分流器3的具体结构如图4所示，其包括阻尼筒5，阻尼筒5包括分体设置的上筒21和下筒22，上筒21和下筒22同轴。上筒21包括供外栅筒2同轴插入的外栅筒插入段10，外栅筒插入段10的内径与外栅筒2的外径适配；上筒21还设有限制外栅筒2继续伸入的挡止结构。具体地，上筒21包括设置在外栅筒插入段10下侧的外栅筒支撑段11，外栅筒支撑段11和外栅筒插入段10一体成型，外栅筒支撑段11的内侧壁自上向下朝向阻尼筒5的中心轴线方向倾斜，使外栅筒支撑段11的内径从上至下逐渐减小且顶端内径小于外栅筒2的外径，进而外栅筒支撑段11的内侧壁形成挡止结构而限制外栅筒2继续向下伸入阻尼筒5。上筒21还包括设置在外栅筒支撑段11下方的套装段20，套装段20的内径大于外栅筒支撑段11的最小内径，且套装段20的外径小于外栅筒支撑段11的最大内径。下筒22设置在外栅筒支撑段11的下方且位于下筒22的上端插装在套装段20内，从整体上看，上筒21通过套装段20套在下筒22之上，下筒22的内径与外栅筒支撑段11的最小内径相等。

阻尼分流器3还包括设置在下筒22内的阻尼环6，颗粒样品从外栅筒2落下时，与阻尼环6发生碰撞而从阻尼环6的内外两侧散开落下。阻尼环6与阻尼筒5同轴布置，且阻尼环6沿上下方向分层间隔设有三个，上下相邻阻尼环之间形成使颗粒从上下相邻两个阻尼环之间通过的通道，并且上下相邻的两个阻尼环的平均半径不等，这里的平均半径是指阻尼环的外径与其内径之后的一半。各阻尼环6的径向截面的半径相等，并且位于中间层的阻尼环6的外径最小，同时该阻尼环的外径等于与之相邻的下层阻尼环的内径且小于与之相邻的上层阻尼环的内径，位于下层的阻尼环的外径等于位于上层的阻尼环的内径。阻尼分流器3还包括沿阻尼筒5的径向延伸的阻尼杆7，阻尼杆7也设置在下筒22内，用于与颗粒样品碰撞而使颗粒样品散开。阻尼杆7垂直穿过阻尼筒5的中心轴线，且两端与阻尼筒5的内筒壁焊接固定，各阻尼杆7呈不同角度布置，但最终各阻尼环在上下方向上的投影相交于阻尼筒5的中心轴线上，这样颗粒样品在下落的过程中不会在阻尼筒5的中心轴线方向堆积。阻尼杆7沿阻尼筒5的中心轴线延伸方向也上下分层设有三个，位于上、中、下三层的阻尼环6一一对应焊接固定在位于上、中、下三层的阻尼杆7上，相互固定连接的两个阻尼环6和阻尼杆7中，阻尼环6处于阻尼杆7的上侧。

基座4的结构如图1所示，其包括座体，座体内设有电动机16和用于固定电动机16的电动机支架17，电动机支架17与固定在座体上设置的电动机固定架18固定连接以实现电动机16的固定安装。座体上设有转台19，转台19上设有用于承载具有破碎室的压裂模具12的压裂模具承载面14，转台19与电动机16的输出轴传动连接，电动机16开启时，由于压裂模具12位于压裂模具承载面14上，便随转台19一同转动。座体上还设有用于定位支撑阻尼分流器3以使阻尼筒5的出料口对准压裂模具12进口的分流器支撑结构15，具体地，分流器支撑结构15包括设置在座体上方的承托板23和三根与承托板23固定连接的立柱24。承托板23的厚度与套装段20的长度相等，并且承托板23上设有与套装段20的外径适配的插装孔，插装孔的中心轴线与转台19的中心轴线重合。使用时，阻尼分流器3插入到插装孔内，套装段20的外侧壁与插装孔的孔壁紧配合，外栅筒支撑段11的下侧壁与承托板23的上表面挡止配合，下筒22穿过插装孔且下筒22的出料口与压裂模具的进口相对。座体上还设有控制电动机16开启和关闭的旋钮开关13。

旋转式颗粒样品铺置器在使用时，将压裂模具12支撑放置在压裂模具承载面14上，将阻尼分流器插入到承托板上的插装孔内，使阻尼分流器3的出料口对准压裂模具12的破碎室的进口且阻尼分流器的下筒应部分插入到压裂模具12内部，调整各部件的位置，使阻尼分流器3、压裂模具12和转台19的中心轴线重合；然后将内栅筒1插入到外栅筒2内组成栅隔阀并整体插入到阻尼分流器3内；旋转旋钮开关13使转台19转动，将称量好的颗粒样品倒入内栅筒1中，并缓慢上提内栅筒1，使内栅筒支撑筋8和外栅筒支撑筋9上下错开而打开颗粒样品流通的通道，控制内栅筒1的上提速度，使颗粒样品顺着相邻外栅筒支撑筋9之间的间隔均匀落入到阻尼分流器3中，完成初次铺平；颗粒样品落入阻尼分流器3中后，与上、中、下三层布置的阻尼环6和阻尼杆7发生碰撞而均匀分流，进一步铺平颗粒样品；颗粒样品最终从阻尼分流器3中落入到压裂模具的破碎室内，在压裂模具12的旋转承接过程中，完成最终的铺平。

旋转式颗粒样品铺置器可以在测试颗粒样品的破碎率时有效铺平颗粒，减少人为因素装载样品颗粒时对破碎率测试结果的影响，保证数据稳定，同时操作方便，制造成本低廉，对颗粒样品的粒径没有过多要求，适用范围广。

上述实施例中，阻尼筒内设有阻尼杆，在其他实施例中，也可以仅设置阻尼环而不设置阻尼杆，此时需要设置额外的固定结构而将阻尼环相对固定在阻尼筒内，比如在阻尼环与阻尼筒之间设置连接杆，为了保证支撑效果，连接杆内端可以向上倾斜设置，此时连接杆截面尺寸应尽可能小，以减小对颗粒料的影响；阻尼环也可以通过竖向的吊杆吊装在外栅筒底部。

上述实施例中，阻尼环通过固定在阻尼杆上而相对固定在阻尼筒上，在其他实施例中，阻尼环也可以不固定在阻尼杆上，此时可以在阻尼环与阻尼筒之间设置连接杆，为了保证支撑效果，连接杆内端可以向上倾斜设置，此时连接杆截面尺寸应尽可能小，以减小对颗粒的影响；阻尼环也可以通过竖向的吊杆吊装在外栅筒底部。

上述实施例中，阻尼环与阻尼杆一一对应设置，且相互固定的阻尼环和阻尼杆中，阻尼环处于阻尼杆的上侧；在其他实施例中，阻尼环和阻尼杆的个数也可以不相同，相应的，阻尼环也可以固定在阻尼杆的下侧。

上述实施例中，阻尼环上下分层设有三个，在其他实施例中，阻尼环也可以上下分层设置两个，或者在其他实施例中，若阻尼分流器足够大，也可以在上下方向分层设置三个以上。

上述实施例中，上下相邻的两个阻尼环中，其中一个阻尼环的外径等于另一个阻尼环的内径，在其他实施例中，在上下相邻的两个阻尼环中，其中一个阻尼环的外径也可以大于另一个阻尼环的内径。

上述实施例中，上下分层布置的三个阻尼环中，位于中间层的阻尼环的外径最小，在其他实施例中，这三个阻尼环的位置也可以互换，比如，位于最上层的阻尼环的外径最小，而位于中间层的阻尼环的外径最大。

上述实施例中，阻尼筒通过其自身外栅筒支撑段的内侧壁形成用于限制外栅筒继续伸入阻尼筒中的挡止结构，在其他实施中，也可以额外在阻尼筒中设置挡止结构，比如可以在阻尼筒的筒壁上设有沿其径向延伸的挡止凸起，通过挡止凸起与外栅筒支撑筋挡止配合。

上述实施例中，阻尼筒为分体式结构，在其他实施例中，阻尼筒也可以做成一体式结构，即上筒和下筒一体成型。

上述实施例中，阻尼杆垂直穿过阻尼筒的中心轴线，在其他实施例中，阻尼杆也可以不穿过阻尼筒的中心轴线，而是与阻尼筒的中心轴线具有一定的间隔。

Claims (10)

1.旋转式颗粒样品铺置器，包括：

外栅筒；

内栅筒，用于设置在外栅筒内，内栅筒与外栅筒形成用于控制颗粒外流的栅隔阀；

其特征在于，旋转式颗粒样品铺置器还包括：

阻尼分流器，包括阻尼筒，用于与外栅筒同轴设置并接收从外栅筒流出的颗粒，外栅筒支撑配置在阻尼筒上；

阻尼筒内设有用于在颗粒下落的过程中使颗粒散开的阻尼环，阻尼环设置有至少两个，各阻尼环上下间隔设置，并在上下相邻的阻尼环之间形成使颗粒从上下相邻两个阻尼环之间通过的通道，上下相邻的两个阻尼环的平均半径不等；

基座，基座上设有转台，转台上设有用于承载具有破碎室的压裂模具并带动压裂模具旋转的压裂模具承载面；

基座上设有用于定位支撑阻尼分流器以使阻尼筒出料口对准压裂模具进口的分流器支撑结构。

2.根据权利要求1所述的旋转式颗粒样品铺置器，其特征在于，所述阻尼筒内还固定有径向延伸的用于与颗粒碰撞而使颗粒散开的阻尼杆。

3.根据权利要求2所述的旋转式颗粒样品铺置器，其特征在于，所述阻尼环通过阻尼杆固定在阻尼筒内。

4.根据权利要求3所述的旋转式颗粒样品铺置器，其特征在于，所述阻尼环与阻尼杆一一对应设置，相互固定的阻尼环和阻尼杆中，阻尼环处于阻尼杆的上侧。

5.根据权利要求4所述的旋转式颗粒样品铺置器，其特征在于，所述阻尼杆通过阻尼筒的中心轴线而固定连接在阻尼筒的内筒壁上，各阻尼杆在上下方向上的投影相交于阻尼筒的中心轴线上。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的旋转式颗粒样品铺置器，其特征在于，上下相邻的两个阻尼环中，其中一个阻尼环的外径不大于另一个阻尼环的内径。

7.根据权利要求6所述的旋转式颗粒样品铺置器，其特征在于，各阻尼环的径向截面的半径相等且设有三个，其中处于中间的阻尼环的外径最小。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的旋转式颗粒样品铺置器，其特征在于，阻尼筒包括供外栅筒插入的外栅筒插入段，并且阻尼筒内设有限制外栅筒过度伸入的挡止结构。

9.根据权利要求8所述的旋转式颗粒样品铺置器，其特征在于，阻尼筒还包括外栅筒支撑段，外栅筒支撑段处于外栅筒插入段的下侧且其内径小于外栅筒插入段的内径，外栅筒支撑段的内侧壁形成所述挡止结构，所述阻尼环设置在外栅筒插入段的下侧。

10.根据权利要求9所述的旋转式颗粒样品铺置器，其特征在于，所述阻尼筒包括分体设置且同轴的上筒和下筒，下筒的上端插入上筒内，所述外栅筒支撑段和外栅筒插入段均设置在上筒上，所述阻尼环设置在下筒内。