CN112213253B - 聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于采油工程技术领域。一种聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，包括壳体、颗粒模块单元、注液组件和调压组件，所述壳体为密封结构；多组所述颗粒模块单元层叠布设在所述壳体内；所述注液组件用于向所述颗粒模块单元中注入溶液；所述调压组件用于调整所述壳体内的压力；所述颗粒模块单元包括下模板、上模板和液流通道。还公开了一种聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化方法。本申请结构设计合理，能够实现批量化、单颗粒进行老化，能够提高老化试验的数据种类和一致性，便于进行产品老化试验的评价。

Description

聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置及方法

技术领域

本发明属于采油工程技术领域，具体涉及一种聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置及方法。

背景技术

油田压裂领域中，为确保压裂施工效果，需对聚合类支撑剂做老化评价实验研究。聚合类支撑剂为聚苯乙烯通过聚合反应而形成表面光滑的球状颗粒，现有的老化装置存在的问题有：只能采用单一一种液体进行老化，不能进行不同的液体老化的试验对比；采用支撑剂的整体老化，不能实现单颗粒老化，无法实现单体形态老化试验的研究；多次试验的数据对比存在差异，不能够在同一环境下对多种老化类型进行数据的采集。因此，目前所查询到的老化装置均为整体放入，不能实现聚合类支撑剂单颗粒老化，不能满足现阶段对该种类产品老化试验评价要求。

发明内容

本发明目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置及方法，其结构设计合理，能够实现批量化、单颗粒进行老化，能够提高老化试验的数据种类和一致性，便于进行产品老化试验的评价。

为实现上述目的，所采取的技术方案是：

一种聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，包括：

壳体，所述壳体为密封结构；

颗粒模块单元，多组所述颗粒模块单元层叠布设在所述壳体

注液组件，所述注液组件用于向所述颗粒模块单元中注入溶液；以及

调压组件，所述调压组件用于调整所述壳体内的压力；

所述颗粒模块单元包括：

下模板，所述下模板上布设有多排第一凹槽，在所述下模板上设置有进液口和出液口，所述注液组件通过输液管道与所述进液口和所述出液口连通；

上模板，所述上模板上布设有多排第二凹槽，所述上模板和所述下模板贴合设置，所述第二凹槽与所述第一凹槽一一对应设置，并形成放置槽；以及

液流通道，所述液流通道用于连通所述放置槽。

根据本发明聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，优选地，单组所述颗粒模块单元中的放置槽至少分为相互独立的两组，每组所述放置槽通过对应的液流通道连通，且每组所述放置槽均对应有进液口和出液口。

根据本发明聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，优选地，所述液流通道为多排呈十字型的十字流道槽，单个所述十字流道槽连通对应的四个放置槽，所述十字流道槽中部设置有变向槽，在所述变向槽内匹配设置有隔断柱，所述隔断柱的底部设置有导流槽。

根据本发明聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，优选地，所述十字流道槽开设在上模板和所述下模板二者中的其中一者上，在另一者上设置有多排第一通孔，所述第一通孔与所述变向槽对应，所述隔断柱的上端部伸出对应的模板或与对应模板平齐。

根据本发明聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，优选地，还包括压合组件，所述压合组件用于对多组所述颗粒模块单元压合。

根据本发明聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，优选地，所述压合组件包括：

上压板；

下压板，所述上压板和所述下压板分别位于层叠布设所述颗粒模块单元的上下侧；以及

压合驱动部，所述压合驱动部用于驱动所述上压板和所述下压板开合。

根据本发明聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，优选地，还包括橡胶垫，相邻两所述颗粒模块单元之间、颗粒模块单元与对应的上压板或下压板之间均设置有橡胶垫；所述隔断柱的上端部设置有橡胶块；所述橡胶垫上开设有多排第二通孔，所述第二通孔与所述隔断柱一一对应设置。

根据本发明聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，优选地，还包括扩展卡槽，所述颗粒模块单元匹配放置在所述扩展卡槽内；所述扩展卡槽包括：

左侧板；以及

右侧板，所述颗粒模块单元侧部与所述左侧板和所述右侧板限位，且所述颗粒模块单元能够在所述左侧板和右侧板中上下滑动；

所述颗粒模块单元与所述左侧板和所述右侧板之间均设置有第一滑槽和第一滑轨、或所述颗粒模块单元的两侧分别与所述左侧板和所述右侧板滑动贴合限位；

所述壳体与所述左侧板和所述右侧板体之间均设置有第二滑槽和第二滑轨、或所述左侧板和所述右侧板固定设置在所述壳体内。

根据本发明聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，优选地，所述壳体包括水平放置且截面呈圆柱形的主壳体、位于所述主壳体两端的左盖体和右盖体，所述左盖体和所述右盖体与所述主壳体密封连接；

所述注液组件包括分别设置在所述左盖体和所述右盖体上的注液盘管和排液盘管、驱动泵、储液箱和控制阀，在所述注液盘管和排液盘管上均设置有多个输液接头 ，所述进液口和出液口与对应的所述输液接头连接；

所述调压组件为设置在所述壳体上的增压口和泄压口。

一种聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化方法，利用上述的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置进行类支撑剂的老化，具体包括以下步骤：

将聚合类支撑剂均匀布设在放置槽内，并扣合上模板和下模板，并调整该颗粒模块单元的液流通道，将布设好的多组颗粒模块单元层叠布设在壳体内；

连通各组颗粒模块单元与注液组件，将壳体组配密封，并向颗粒模块单元内注液，待注液完成后，通过所述调压组件对所述壳体内的压力进行调整；

将注液、调压完成的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置放入烘箱内，进行老化试验。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请用来模拟聚合类支撑剂在地层高温高压环境下的老化现象，其壳体主腔内能够增压至50MPa，适应温度范围室温～300℃，主要用于粒径范围(8～0.038)mm固体颗粒或不规则颗粒，以单体形式或整体形式放入老化颗粒模块中，并可以驱替各种液体例如蒸馏水、石油和地层污水等，最大驱替压力可达到70 MPa，因此可以对该种类产品单体形态与整体形态进行老化评价实验研究。

本申请的颗粒模块单元的结构设计，能够便于进行支撑剂颗粒的分布，并通过液流通道的调整和变向，实现单个颗粒模块单元的不同溶液的老化；多组颗粒模块单元的排布结构，能够实现批量化处理，提高老化试验的数据采集量，实现对数据的更精确的分析和研究。

本申请的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，更便于进行密封和部件的连接，同时便于进行组配，具有结构稳定性好，装配方便快捷，对于整个地层环境的模拟更为有效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置的结构示意图。

图2为根据本发明实施例的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置的横向截面结构示意图。

图3为根据本发明实施例的颗粒模块单元的结构示意图。

图4为根据本发明实施例的下模板的结构示意图。

图5为根据本发明实施例的上模板的结构示意图。

图6为根据本发明实施例的橡胶垫的结构示意图。

图7为根据本发明实施例的隔断柱的结构示意图。

图8为根据本发明实施例的隔断柱中导流槽的结构示意图之一。

图9为根据本发明实施例的隔断柱中导流槽的结构示意图之二。

图10为根据本发明实施例的隔断柱中导流槽的结构示意图之三。

图11为根据本发明实施例的十字流道槽和第一凹槽的结构示意图之一。

图中序号：

110为主壳体、120为左盖体、130为右盖体、141为支脚；

200为颗粒模块单元、210为上模板、211第二凹槽、212为第一通孔、220为下模板、221为第一凹槽、222为十字流道槽、223为变向槽、224为进液口、225为出液口、230为隔断柱、231为橡胶块、232为导流槽；

310为注液盘管、320为排液盘管、330为输液接头；

401为增压口、402为泄压口、403为压力表；

501为上压板、502为下压板、503为压合驱动部、504为橡胶垫、505为第二通孔；

601为左侧板、602为右侧板、603为第一滑轨、604为第二滑轨、605为第二滑槽。

具体实施方式

下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在本发明的描述中，需要理解的是，“第一”、“第二”的表述用来描述本发明的各个元件，并不表示任何顺序、数量或者重要性的限制，而只是用来将一个部件和另一个部件区分开。

应注意到，当一个元件与另一元件存在“连接”、“耦合”或者“相连”的表述时，可以意味着其直接连接、耦合或相连，但应当理解的是，二者之间可能存在中间元件；即涵盖了直接连接和间接连接的位置关系。

应当注意到，使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

应注意到，“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语，仅用于表示相对位置关系，其是为了便于描述本发明，而不是所指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作；当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应的改变。

参见图1-图11，一种聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，包括壳体、颗粒模块单元200、注液组件和调压组件，壳体为密封结构；壳体包括水平放置且截面呈圆柱形的主壳体110、位于主壳体两端的左盖体120和右盖体130，左盖体120和右盖体130与主壳体110密封连接，在主壳体的底部设置有支脚141；注液组件包括分别设置在左盖体120和右盖体130上的注液盘管310和排液盘管320、驱动泵、储液箱和控制阀，在注液盘管310和排液盘管320上均设置有多个输液接头 330。

多组颗粒模块单元层叠布设在壳体内；注液组件用于向颗粒模块单元中注入溶液；调压组件用于调整壳体内的压力；颗粒模块单元包括下模板220、上模板210和液流通道，下模板220上布设有多排第一凹槽221，在下模板220上设置有进液口224和出液口225，进液口224和出液口225与对应的输液接头330通过输液管道连接；调压组件为设置在壳体上的增压口401和泄压口402；上模板210上布设有多排第二凹槽211，上模板210和下模板220贴合设置，第二凹槽211与第一凹槽221一一对应设置，并形成放置槽；液流通道用于连通放置槽。

液流通道连通放置槽的方式很多，本实施例为了便于进行区域划分，实现单个颗粒模块单元中实现多种不同的溶液的老化试验，通过以下两种形式进行结构说明，结构一：单组颗粒模块单元中的放置槽至少分为相互独立的两组，每组放置槽通过对应的液流通道连通，且每组放置槽均对应有进液口和出液口，即通过上模板和下模板的贴合密封，实现不同组之间的放置槽之间的隔断，并配合独立的进液口和出液口，实现不同溶液的注入。

结构二：液流通道为多排呈十字型的十字流道槽222，单个十字流道槽222连通对应的四个放置槽，十字流道槽中部设置有变向槽223，在变向槽内匹配设置有隔断柱230，隔断柱的底部设置有导流槽232，此时也可以通过隔断柱230的导流槽232的改变实现流道的方向的改变，其导流槽232有直角形状的、直线形状的和十字形状的，根据不同的需求进行选择，为了便于识别，可以在隔断柱230的顶部设置相应的方向标号，当隔断柱230插入变向槽223后，隔断柱230底端与变向槽223槽底贴合，阻断其他方向的流道，导流槽232与对应的十字流道槽222连通，实现流道的导通。

具体低，本实施例中的十字流道槽开设在下模板220中，上模板210上设置有多排第一通孔212，第一通孔212与变向槽223对应，隔断柱230的上端部伸出对应的上模板210或与上模板平齐。

为了实现多组颗粒模块单元的压合密封，本申请还设置有压合组件，压合组件用于对多组颗粒模块单元压合。

具体地，压合组件包括上压板501、下压板502和压合驱动部503，上压板和下压板分别位于层叠布设颗粒模块单元的上下侧；压合驱动部用于驱动上压板和下压板开合。为了实现隔断柱的底端的贴合密封、以及上模板和下模板之间的贴合密封，本申请还设置有橡胶垫504，相邻两颗粒模块单元之间、颗粒模块单元与对应的上压板或下压板之间均设置有橡胶垫504，橡胶垫上开设有多排第二通孔505，第二通孔与隔断柱一一对应设置；同时，隔断柱的上端部设置有橡胶块231，即隔断柱230可以采用不锈钢或者聚四氟乙烯制成，在顶部固定橡胶块231，此时能够通过橡胶垫504的弹性和橡胶块231的弹性，保障压合组件压合后的颗粒模块单元受力均衡，密封稳定性好。

其中压合驱动部可以为设置在上压板501和下压板502上的伸缩杆，其包含正反旋丝杆和调节丝母，通过调节丝母调节伸缩杆的长度，实现顶紧；压合驱动部也可以通过设置在壳体侧壁上的螺柱，通过螺柱调节上压板和下压板之间的压力。

为了便于装配，实现颗粒模块单元的限位，并保障在压合过程中颗粒模块单元在竖向上能够滑动，并在周向限位，本申请还设置有扩展卡槽，颗粒模块单元匹配放置在扩展卡槽内；扩展卡槽包括左侧板601和右侧板602，颗粒模块单元侧部与左侧板601和右侧板602限位，且颗粒模块单元能够在左侧板601和右侧板602中上下滑动；本实施例中颗粒模块单元与左侧板601和右侧板602之间均设置有第一滑槽和第一滑轨603，即在左侧板和右侧板上设置第一滑轨，在颗粒模块单元的上模板210和下模板220侧部设置第一滑槽，或者颗粒模块单元的两侧分别与左侧板601和右侧板602滑动贴合限位，无需增加滑槽和滑轨结构，装配时层叠对位放置即可；为了实现扩展卡槽在壳体内的定位，便于装配，本实施例中的壳体与左侧板和右侧板体之间均设置有第二滑槽605和第二滑轨604，即如图所示，在壳体内壁上设置第二滑槽605，在左侧板和右侧板的外部设置第二滑轨604，便于整体抽拉取出；或者也可以将左侧板和右侧板直接固定设置在壳体内。

本申请还公开了一种聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化方法，利用上述的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置进行类支撑剂的老化，具体包括以下步骤：

将聚合类支撑剂通过刮板均匀刮平在下模板的第一凹槽内，扣合上模板和下模板，插入隔断柱，并根据具体的流道布置调整该颗粒模块单元的隔断柱的布设位置和导流槽的方向，将布设好的多组颗粒模块单元层叠布设在扩展卡槽中，再将扩展卡槽整体装配到壳体内，压合驱动部动作，将颗粒模块单元压紧并固定在上压板和下压板之间；

通过输液管道连通各组颗粒模块单元与注液组件，根据注入溶液的不同，合理选择管线布置方式，管线布置完成后，将左盖体和右盖体密封固定在主壳体的两端，此时完成整个装置的装配和密封；通过注液组件向颗粒模块单元内注液，通过控制阀可以进行分批次注液，也可以同时注液，待注液完成后，通过调压组件对壳体内的压力进行调整，具体的通过向壳体内注入液体或气体，调节壳体内的压力达到设定参数，当压力过高是可以进行泄压，如在泄压口设置泄压阀，还可以在壳体上设置压力表，对压力的变化进行实施观测；

将注液、调压完成的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置放入烘箱内，进行老化试验，具体的温度根据实际情况进行调整；

老化完成后，上述步骤反向操作，取出各颗粒模板单元，并对各个单颗粒进行分析研究。

上文已详细描述了用于实现本发明的较佳实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本发明的范围、适用或构造。本发明的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。所属领域的普通技术人员可以在本发明的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体为密封结构；

颗粒模块单元，多组所述颗粒模块单元层叠布设在所述壳体内；

注液组件，所述注液组件用于向所述颗粒模块单元中注入溶液；以及

调压组件，所述调压组件用于调整所述壳体内的压力；

所述颗粒模块单元包括：

下模板，所述下模板上布设有多排第一凹槽，在所述下模板上设置有进液口和出液口，所述注液组件通过输液管道与所述进液口和所述出液口连通；

上模板，所述上模板上布设有多排第二凹槽，所述上模板和所述下模板贴合设置，所述第二凹槽与所述第一凹槽一一对应设置，并形成放置槽；以及

液流通道，所述液流通道用于连通所述放置槽；液流通道连通放置槽的结构为结构一或结构二中的任意一种；

其中，结构一为： 单组所述颗粒模块单元中的放置槽至少分为相互独立的两组，每组所述放置槽通过对应的液流通道连通，且每组所述放置槽均对应有进液口和出液口；

结构二为：所述液流通道为多排呈十字型的十字流道槽，单个所述十字流道槽连通对应的四个放置槽，所述十字流道槽中部设置有变向槽，在所述变向槽内匹配设置有隔断柱，所述隔断柱的底部设置有导流槽；所述十字流道槽开设在上模板和所述下模板二者中的其中一者上，在另一者上设置有多排第一通孔，所述第一通孔与所述变向槽对应，所述隔断柱的上端部伸出对应的模板或与对应模板平齐；

其中，所述装置还包括压合组件，所述压合组件用于对多组所述颗粒模块单元压合；

其中，所述装置还包括扩展卡槽，所述颗粒模块单元匹配放置在所述扩展卡槽内；所述扩展卡槽包括：左侧板；以及

右侧板，所述颗粒模块单元侧部通过所述左侧板和所述右侧板限位，且所述颗粒模块单元能够在所述左侧板和右侧板中上下滑动；

所述颗粒模块单元与所述左侧板和所述右侧板之间均设置有第一滑槽和第一滑轨、或所述颗粒模块单元的两侧分别通过所述左侧板和所述右侧板滑动贴合限位；

所述壳体与所述左侧板和所述右侧板体之间均设置有第二滑槽和第二滑轨、或所述左侧板和所述右侧板固定设置在所述壳体内。

2.根据权利要求1所述的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，其特征在于，所述压合组件包括：

上压板；

下压板，所述上压板和所述下压板分别位于层叠布设所述颗粒模块单元的上下侧；以及

压合驱动部，所述压合驱动部用于驱动所述上压板和所述下压板开合。

3.根据权利要求2所述的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，其特征在于，还包括橡胶垫，相邻两所述颗粒模块单元之间、颗粒模块单元与对应的上压板或下压板之间均设置有橡胶垫；所述隔断柱的上端部设置有橡胶块；所述橡胶垫上开设有多排第二通孔，所述第二通孔与所述隔断柱一一对应设置。

4.根据权利要求1所述的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置，其特征在于，所述壳体包括水平放置且截面呈圆柱形的主壳体、位于所述主壳体两端的左盖体和右盖体，所述左盖体和所述右盖体与所述主壳体密封连接；

所述注液组件包括分别设置在所述左盖体和所述右盖体上的注液盘管和排液盘管、驱动泵、储液箱和控制阀，在所述注液盘管和排液盘管上均设置有多个输液接头 ，所述进液口和出液口与对应的所述输液接头连接；

所述调压组件为设置在所述壳体上的增压口和泄压口。

5.一种聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化方法，其特征在于，利用权利要求1-4任一所述的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置进行聚合类支撑剂的老化，具体包括以下步骤：

将聚合类支撑剂均匀布设在放置槽内，并扣合上模板和下模板，并调整颗粒模块单元的液流通道，将布设好的多组颗粒模块单元层叠布设在壳体内；

连通各组颗粒模块单元与注液组件，将壳体组配密封，并向颗粒模块单元内注液，待注液完成后，通过所述调压组件对所述壳体内的压力进行调整；

将注液、调压完成的聚合类支撑剂高温高压多层单颗粒老化装置放入烘箱内，进行老化试验。

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