CN112945703B - 一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，孔眼冲蚀模拟组件上具有多个视窗，供独立孔眼构件嵌入连接；其出液端与裂缝与支撑剂运移模拟组件的进液端连通；裂缝与支撑剂运移模拟组件排出的携砂液进入循环系统的一端；循环系统的另一端与孔眼冲蚀模拟组件的进液端相连通；数据监测处理系统获取循环系统的相关参数，并与孔眼冲蚀模拟组件相连接，可实现对孔眼冲蚀程度的在线监测。该孔眼冲蚀模拟组件可进行多孔测试；裂缝与支撑剂运移模拟组件可实现复杂的裂缝网络的展布形态的模拟，且通过与数据监测处理系统和循环系统相结合，可实现支撑剂运移与沉降规律的在线监测，简化了实验步骤，也可实现孔眼冲蚀程度对支撑剂运移规律的影响测试。

Description

一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置

技术领域

本发明涉及石油管工程领域，特别涉及一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置。

背景技术

我国页岩气资源丰富，探明率低，潜力巨大，要想实现其有效的开发，水平井技术和分段水力压裂技术的突破与大规模推广应用是必要的手段。但压裂施工会使用大排量携砂液通过油气井的射孔孔眼挤入地层，极易对产层管柱尤其是孔眼系统造成冲刷磨损。且支撑剂在裂缝中的输送规律是影响支撑剂在裂缝中铺设形态的关键，会直接决定了压裂改造的最终效果。所以研究和分析加砂压裂液对孔眼系统的冲蚀规律和支撑剂在压裂裂缝中的分流、运移和展布特征对水力压裂技术特别是水平井多段分簇压裂工艺的施工参数优化、压裂材料优选有着重要的指导意义。

现阶段，比较常见的孔眼冲蚀模拟装置和支撑剂运移模拟装置存在以下不足：

(1)孔眼冲蚀模拟装置的测试孔眼与整个测试构件为一体，不便于对测试孔眼的材质和形状进行变换，且多为单孔测试，也不能实现在线监测；

(2)支撑剂运移的实验装置多为单缝或者简单的双缝结构，不能反映的支撑剂在分支裂缝和衍生裂缝中的运移规律，且缝网结构单一而固定，不能自由组合，无法很好的满足测试者的多种实际测试需求；

(3)孔眼冲蚀模拟装置和支撑剂运移实验装置皆为独立实验设备，没能将两种实验结合，不能测试孔眼冲蚀程度对支撑剂运移规律的影响。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置。

本发明实施例提供一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，包括：孔眼冲蚀模拟组件、裂缝与支撑剂运移模拟组件、数据监测处理系统和循环系统；

所述孔眼冲蚀模拟组件上具有多个视窗，供独立孔眼构件嵌入连接；所述孔眼冲蚀模拟组件的出液端与裂缝与支撑剂运移模拟组件的进液端连通；

所述裂缝与支撑剂运移模拟组件排出的携砂液进入所述循环系统的一端；所述循环系统的另一端与所述孔眼冲蚀模拟组件的进液端相连通；

所述数据监测处理系统用于获取所述循环系统的相关参数，并与所述孔眼冲蚀模拟组件控制连接，实现对孔眼冲蚀程度的在线监测。

优选的，所述孔眼冲蚀模拟组件设为内管和外管两层，并在上方设有连接盘；所述连接盘上方和下方均设有法兰盘，上法兰盘与所述循环系统管线通过螺丝相连接，并在其间加设密封圈一；其中，将使用螺丝固定并在其间加设密封圈的连接方式统一称为第一连接方式；

所述连接盘的下法兰盘通过第一连接方式与内管上法兰盘和外管的上法兰盘相连接，所述内管下法兰盘使用密封圈二通过第一连接方式与内管盲板连接；

所述内管上开有N个方形视窗，用于嵌入以供测试的孔眼构件；所述N为大于1的正整数；

所述孔眼构件与内管在方形视窗处通过螺丝固定，所述内管内部设有供螺丝嵌入的凹坑；

所述孔眼构件与内管连接之间设有密封框一，孔眼构件嵌入内管时用螺母一固定，并在其间设有内面带弧度的垫片一；所述垫片一内面弧度与孔眼构件弧度相同；

所述外管分为左右两半，通过螺丝固定，并在中间设有密封条；外管上法兰盘与内管上法兰盘和连接盘下法兰盘通过第一连接方式连接；所述外管下法兰盘通过第一连接方式与外管盲板相连接；

所述外管左半边通过螺纹连接所述数据监测处理系统的N个超声波探测器，并在超声波探测器背部设有装置接线口；所述超声波探测器的发射器在整个孔眼冲蚀模拟组件安装完成后将对准对应测试的孔眼构件的孔中心；

所述外管右半边设有出液流道，携砂液通过出液流道进入过渡块，所述过渡块通过嵌入保护板的螺丝与外管右半边相连接，并在其间设有密封框二；所述过渡块与外管安装时使用螺母二固定，并在其间加设同样有内面弧度的垫片二；

所述保护板设有与内管相同的弧度，并开有出液口且在安装时紧贴内管外壁，其出液口与内管出液流道相对齐；

安装时，采用螺丝嵌入并穿过保护板，在穿过外管、密封框二和过渡块螺丝孔，套入垫片二，使用螺母二固定。

本实施例中，该孔眼冲蚀模拟组件包含内管和外管两层，内管上开有多个视窗，可供独立孔眼构件嵌入连接，降低了单组实验成本。

优选的，所述裂缝与支撑剂运移模拟组件由多个组成部件构成；所述组件部件包括：两通裂缝单元、连接块、六通连接构件、方形盲板、四通连接构件、密封环、锲型连接块和四通裂缝单元；

所述裂缝与支撑剂运移模拟组件整体结构根据模拟裂缝形状和大小，通过所述组成部件进行相应组合安装；

其中，与孔眼冲蚀模拟组件相连接的裂缝单元和其同一方向的裂缝单元为主裂缝单元，通过连接构件与主裂缝单元连接的裂缝单元为分支裂缝单元和衍生裂缝单元；

通过六通连接构件与四通连接构件实现60度、90度和120度分支裂缝单元和水平衍生裂缝单元的组合安装；

通过锲型连接块实现带垂向角度的分支裂缝单元的组合安装；

所述两通裂缝单元、连接块、六通连接构件、四通连接构件、锲型连接块和四通裂缝单元均具有液流通道；每个液流通道均配合安装对应的密封环，且每个液流通道在不使用的状态下，通过所述方形盲板堵住。

本实施例中，裂缝与支撑剂运移模拟组件由裂缝单元、连接构件和连接块等部件组成，可自由组合出测试者所需要的主裂缝、分支裂缝和衍生裂缝，以以实现复杂的裂缝网络的展布形态的模拟。

优选的，所述孔眼冲蚀模拟组件的过渡块通过螺丝与所述裂缝与支撑剂运移模拟组件的连接块一端连接，并在其间加设密封环；所述连接块的另一端与两通裂缝单元的进液端相连接；其中，将使用连接块，用螺丝固定，并在中间加设密封环的连接方式统一称为第二连接方式；

所述两通裂缝单元通过第二连接方式与六通连接构件的一开口连接；所述六通连接构件设有6个开口，每个开口之间角度为60度，进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口和5号出口通过第二连接方式各连接一块两通裂缝单元，并在其出口加设密封环和方形盲板且用螺丝固定，3号出口和6号出口直接加设密封环和方形盲板，并用螺丝固定，4号出口通过第二连接方式连接另一块两通裂缝单元，且在两通裂缝单元另一端通过第二连接方式连接四通连接构件；

所述四通连接构件设有4个开口，每个开口之间角度为90度，进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口与4号出口皆通过第二连接方式连接有一块两通裂缝单元，并在其出口加设密封环和方形盲板且用螺丝固定，3号出口通过第二连接方式连接四通裂缝单元；

所述四通裂缝单元在上下前后均设有出液口，在其上部和下部皆通过第二连接方式连接有一个四通连接构件，每个四通连接构件进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口与4号出口皆通过第二连接方式连接有一块两通裂缝单元，并在其出口加设密封环和方形盲板且用螺丝固定，3号出口直接加设密封环和方形盲板，并用螺丝固定；在四通裂缝单元后部通过螺丝连接锲型连接块一端，并在其间加设密封环；

所述锲型连接块另一端通过螺丝连接一四通连接构件，并在其间加设密封环，四通连接构件进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口与4号出口皆通过第二连接方式连接有一块两通裂缝单元，并在其出口加设密封环和方形盲板且用螺丝固定；在其3号出口处通过螺丝连接另一块锲型连接块，并在其间加设密封环，另一块锲型连接块末端通过螺丝连接回收桶，并在其间加设密封环，所述回收桶后部设有携砂液出口；

所述携砂液出口与所述循环系统的一端连通。

优选的，所述六通连接构件为六边型拉伸而成，中间设有6条携砂液流道，相邻两条携砂液流道之间的角度为60度，顶部和底部封口，每个连接面皆设有多个螺丝孔和一个密封环凹槽；

所述连接块在两个连接面均设有多个螺丝孔并配有相应尺寸的螺丝，且在两个连接面也设有与六通连接构件的连接面同样尺寸的密封环凹槽，所述连接块在中间开有流道，供携砂液流通；

所述四通连接构件为正方形拉伸而成，中间设有4条携砂液流道，相邻两条携砂液流道之间的角度为90度，顶部和底部封口，每个连接面皆设有多个螺丝孔和一个密封环凹槽；

所述锲型连接块侧面为梯形，包含两个连接面，其中一个连接面为垂直，另一个与铅垂面呈预设角度，其连接面结构与所述连接块的连接面结构相同。

优选的，所述两通裂缝单元由2个固定框一、6颗销钉、2块外板一、2个密封框三、42颗支撑扣、2根密封支撑条、2块内板一组成，且固定框一、内板一和外板一均设有螺孔；

在安装时，密封框三涂抹胶水粘贴于外板一中央，2根密封支撑条分别粘贴于内板一上部和下部，2根密封支撑条之间的距离则为模拟裂缝的高度，其厚度则为模拟裂缝的缝宽；6颗销钉从左至右穿过固定框一、外板一、支撑扣、内板一、支撑扣、内板一、支撑扣、外板一、固定框一，然后与另一端接头连接固定；

所述固定框一材质为金属，且在侧面开有4个螺丝孔；外板一与内板一材质为透明亚克力板；密封框三、支撑扣、密封支撑条材质为橡胶；所述内板一设有滤失孔，外板一上设有滤液出口，连接管线后用于回收滤液；

所述四通裂缝单元由固定框二、内板二、外板二、密封框四和4个密封支撑件构成。

优选的，所述两通裂缝单元通过使用不同种类的内板一将其转变为全滤失型、半滤失型和非滤失型；

其中，全滤失型的滤失孔设置为5×6矩形阵列排布，半滤失型的滤失孔设置为5×3矩形阵列排布，非滤失型则不设置滤失孔；

所述四通裂缝单元均为非滤失型；

所述内板一和内板二的内表面凹凸不平。

优选的，所述数据监测处理系统由超声波探测器、摄像头、测速装置、压力表、电磁流量计、数据传输线路和计算机构成；

其中，超声波探测器、测速装置、压力表、电磁流量计和摄像头均通过数据传输线路和计算机相连接，将自身装置所监测和测试的数据传输给计算机分析处理；

N个所述超声波探测器安装在所述外管的左半边上。

优选的，所述循环系统由分离器、水箱、搅拌器、耐腐耐磨泵、止回阀、加砂器、混砂三通、辅液罐、耐蚀管线和若干连接法兰和阀门构成；

所述分离器入口与所述回收桶的携砂液出口连通；

根据液流方向，所述分离器出口管线上依次安装水箱、搅拌器、耐腐耐磨泵、止回阀、加砂器、混砂三通；

在分离器与水箱之间的管线上连通所述辅液罐；

所述加砂器与混砂三通的第一端连通；所述止回阀的出液端与所述混砂三通的第二端连通；所述混砂三通的第三端作为出液端通过阀门与所述连接盘的上法兰盘连通；

所述电磁流量计安装在所述止回阀的出液管线上；

所述混砂三通第二端的进液管线上安装一个压力表，第三端的出液管线上也安装一个压力表，且在该压力表的下游管线上安装所述测速装置。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，包括孔眼冲蚀模拟组件、裂缝与支撑剂运移模拟组件、数据监测处理系统和循环系统；孔眼冲蚀模拟组件上具有多个视窗，供独立孔眼构件嵌入连接；所述孔眼冲蚀模拟组件的出液端与裂缝与支撑剂运移模拟组件的进液端连通；所述裂缝与支撑剂运移模拟组件排出的携砂液进入所述循环系统的一端；所述循环系统的另一端与所述孔眼冲蚀模拟组件的进液端相连通；所述数据监测处理系统用于获取所述循环系统的相关参数，并与所述孔眼冲蚀模拟组件控制连接，可实现对孔眼冲蚀程度的在线监测。该模拟装置中，孔眼冲蚀模拟组件具有多个视窗可进行多孔测试；裂缝与支撑剂运移模拟组件可实现复杂的裂缝网络的展布形态的模拟，且通过与数据监测处理系统和循环系统相结合，可实现支撑剂运移与沉降规律的在线监测，简化了实验步骤，且本装置将孔眼冲蚀模拟装置和裂缝与支撑剂运移模拟装置结合，也可实现孔眼冲蚀程度对支撑剂运移规律的影响测试。

进一步地，还具有如下优点：

(1)在需要测试的套管或者内管上设置多个窗口，将要测试的孔眼构件采用嵌入式结构与内管连接，可以实现多孔测试，且可对要测试孔眼的结构和材质进行单独加工，避免了测试完一组实验而报废整个内管，大大节约了单组实验成本；通过将一体化的冲蚀装置分开成内管和独立的冲蚀构件，实现实验成本的降低。

(2)在外管背后正对测试孔眼的位置加设了超声波探测器，再让其通过数据传输线路与计算机连接，可实现对孔眼冲蚀程度的在线监测，简化了实验步骤；

(3)裂缝与支撑剂运移模拟组件通过使用连接块、连接构件和裂缝单元等部件，且裂缝单元采用透明材质，可自由组合出测试者所需要的主裂缝、分支裂缝和衍生裂缝，以实现复杂的裂缝网络的展布形态的可视化模拟。

(4)通过过渡块将孔眼冲蚀模拟装置和裂缝与支撑剂运移模拟装置结合，可实现孔眼冲蚀程度对支撑剂运移规律的影响测试。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的液固两相流可视化冲蚀模拟装置结构图。

图2为本发明实施例提供的孔眼冲蚀模拟组件具体结构细节图。

图3为本发明实施例提供的裂缝与支撑剂运移模拟组件连接构件细节图。

图4为本发明实施例提供的孔眼冲蚀模拟组件与裂缝与支撑剂运移模拟组件整体东北等轴侧图。

图5为本发明实施例提供的孔眼冲蚀模拟组件与裂缝与支撑剂运移模拟组件整体西南等轴侧图。

图6为本发明实施例提供的六通连接构件和四通连接构件的结构图。

图7为本发明实施例提供的两通裂缝单元和四通裂缝单元的结构图。

附图中：1-孔眼冲蚀模拟组件；2-超声波探测器；3-连接盘；4-过渡块；5-两通裂缝单元；6-连接块；7-六通连接构件；8-方形盲板；9-密封环凹槽；10-四通连接构件；11-回收桶；12-携砂液出口；13-锲型连接块；14-循环系统；15-数据监测处理系统；16-四通裂缝单元；17-裂缝与支撑剂运移模拟组件；18-密封圈一；19-内管；20-密封圈二；21-内管盲板；22-方形视窗；23-密封框一；24-孔眼构件；25-垫片一；26-螺母一；27-密封条；28-保护板；29-外管盲板；30-密封框二；31-垫片二；32-螺母二；33-装置接线口；34-密封环；35-携砂液流道；36-螺丝孔；37-固定框一；38-销钉；39-滤失孔；40-外管；41-外板一；42-支撑扣；43-密封支撑条；44-滤液出口；45-密封框三；46-内板一；47-固定框二；48-外板二；49-密封框四；50-内板二；51-密封支撑件；52-辅液罐；53-分离器；54-水箱；55-搅拌器；56-耐腐耐磨泵；57-止回阀；58-压力表；59-加砂器；60-混砂三通；61-电磁流量计；62-计算机；63-测速装置；64-摄像头；65-数据传输线路。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，本发明实施例提供的一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，包括孔眼冲蚀模拟组件1、裂缝与支撑剂运移模拟组件17、数据监测处理系统15和循环系统14；

其中，孔眼冲蚀模拟组件1上具有多个视窗，供独立孔眼构件嵌入连接；孔眼冲蚀模拟组件1的出液端与裂缝与支撑剂运移模拟组件17的进液端连通；

裂缝与支撑剂运移模拟组件17排出的携砂液进入循环系统的一端；循环系统的另一端与孔眼冲蚀模拟组件1的进液端相连通；数据监测处理系统15用于获取循环系统的相关参数，并与孔眼冲蚀模拟组件1控制连接，实现对孔眼冲蚀程度的在线监测。

在一个实施例中，参照图2所示，孔眼冲蚀模拟组件1设为内管19和外管40两层，并在上方设有连接盘3，连接盘3上方和下方均设有法兰盘，上法兰盘与循环系统14管线通过6颗螺丝相连接，并在其间加设密封圈一18。为方便描述，后面的篇幅将使用6颗螺丝固定并在其间加设密封圈的连接方式统一称第一连接方式；

连接盘3的下法兰盘通过第一连接方式与孔眼冲蚀模拟组件1的内管19上法兰盘和外管40的上法兰盘相连接，所述内管19下法兰盘使用密封圈二20通过第一连接方式与内管盲板21连接；

内管19上开有N个方形视窗22，用于嵌入以供测试的孔眼构件24，N为大于1的正整数。比如可优先为3个。

孔眼构件24与内管19在方形视窗22处通过4个螺丝固定，内管19内部设有供螺丝嵌入的凹坑，可刚好嵌入指定螺丝且能保证管壁平滑，孔眼构件24与内管19连接之间设有密封框一23，孔眼构件24嵌入内管19时用螺母一26固定，并在其间设有内面带弧度的垫片一25，垫片一25内面弧度与孔眼构件24弧度相同，孔眼构件24材质和孔眼形状可根据测试者实际需求单独加工。

外管40分为左右两半，通过8颗螺丝固定，并在中间设有密封条27，外管40上法兰盘与内管19上法兰盘和连接盘3下法兰盘通过第一连接方式连接，盘与盘之间均设有密封圈一18，共5层，外管40下法兰盘通过第一连接方式与外管盲板29相连接。

外管40左半边通过螺纹连接比如3个超声波探测器2，并在超声波探测器背部设有装置接线口33，超声波探测器2的发射器在整个孔眼冲蚀模拟组件1安装完成后将刚好对准对应测试的孔眼构件24的孔中心；外管40右半边设有出液流道，携砂液通过出液流道进入过渡块4，过渡块4通过嵌入保护板28的6颗螺丝与外管40右半边相连接，并在其间设有密封框二30，过渡块4在与外管40安装时使用螺母二32固定，并在其间加设同样有内面弧度的垫片二31。

保护板28设有与内管19相同的弧度，并开有出液口且在安装时紧贴内管19壁，其出液口与内管19出液流道相对齐，安装时，6颗螺丝嵌入并穿过保护板28，在穿过外管40、密封框二30和过渡块4螺丝孔，套入垫片二31，最后使用螺母二32固定。

本实施例中，在需要测试的套管或者内管上设置多个窗口，将要测试的孔眼构件采用嵌入式结构与内管连接，可以实现多孔测试，且可对要测试孔眼的结构和材质进行单独加工，避免了测试完一组实验而报废整个内管，大大节约了单组实验成本；通过将一体化的冲蚀装置分开成内管和独立的冲蚀构件，实现实验成本的降低。

在一个实施例中，参照图3，裂缝与支撑剂运移模拟组件17由多个组成部件构成；该组件部件包括：两通裂缝单元5、连接块6、六通连接构件7、方形盲板8、四通连接构件10、密封环34、锲型连接块13和四通裂缝单元16；

裂缝与支撑剂运移模拟组件17整体结构可通过其组成部件自由组合而改变，与孔眼冲蚀模拟组件1相连接的裂缝单元和其同一方向的裂缝单元为主裂缝单元，通过连接构件与主裂缝单元连接的裂缝单元为分支裂缝单元和衍生裂缝单元。比如可通过六通连接构件7与四通连接构件10例举出60度、90度和120度分支裂缝单元和水平衍生裂缝单元安装实例，通过使用锲型连接块13例举带垂向角度的分支裂缝安装实例；

裂缝与支撑剂运移模拟组件17在实际的使用和安装时，可以根据使用者的测试需求，使用其构成部件组合出想要的结构。

六通连接构件7与四通连接构件10为展示出有一定角度的分支裂缝单元所举实例，实际测试时可根据分支和衍生裂缝角度需求使用更多通道的连接构件，例如想构造出45度分支裂缝可使用八通连接构件，连接构件的每一个液流通道都可以选择使用或不使用，使用时则通过连接块6或锲型连接块13连接需要的裂缝单元，不使用则通过方形盲板8堵住。

具体地，参照图4与图5所示，孔眼冲蚀模拟组件1的过渡块4比如通过8颗螺丝与裂缝与支撑剂运移模拟组件17连接块6连接，并在其间加设密封环34，且连接块6通过同样的方式与两通裂缝单元5的进液端相连接。为方便描述，后面的篇幅将通过使用连接块6，用8颗螺丝固定，并在中间加设密封环34的连接方式统一称为第二连接方式。

两通裂缝单元5通过第二连接方式与六通连接构件7连接，六通连接构件7设有6个开口，每个开口之间角度为60度，进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口和5号出口通过第二连接方式各连接一块两通裂缝单元5，并在其出口加设密封环34和方形盲板8且用8颗螺丝固定；3号出口和6号出口直接加设密封环34和方形盲板8，并用8颗螺丝固定；4号出口通过第二连接方式连接另一块两通裂缝单元5，且在另一端通过第二连接方式连接四通连接构件10。

四通连接构件10设有4个开口，每个开口之间角度为90度，进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口与4号出口皆通过第二连接方式连接有一块两通裂缝单元5，并在其出口加设密封环34和方形盲板8且用8颗螺丝固定，3号出口通过第二连接方式连接四通裂缝单元16；

四通裂缝单元16在上下前后均设有出液口，在其上部和下部皆通过第二连接方式连接有一个四通连接构件10，每个四通连接构件10进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口与4号出口皆通过第二连接方式连接有一块两通裂缝单元5，并在其出口加设密封环34和方形盲板8且用8颗螺丝固定，3号出口直接加设密封环34和方形盲板8，并用8颗螺丝固定，在四通裂缝单元16后部通过8颗螺丝连接锲型连接块13，并在其间加设密封环34；

锲型连接块13另一端通过8颗螺丝连接一四通连接构件10，并在其间加设密封环34，四通连接构件10进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口与4号出口皆通过第二连接方式连接有一块两通裂缝单元5，并在其出口加设密封环34和方形盲板8且用8颗螺丝固定，在其3号出口处通过8颗螺丝连接另一块锲型连接块13，并在其间加设密封环34，另一块锲型连接块13末端通过8颗螺丝连接回收桶11，并在其间加设密封环34，回收桶11后部设有携砂液出口12，携砂液出口12与循环系统的一端连通。

参照图6所示，六通连接构件7为六边型拉伸而成，中间设有6条携砂液流道35，相邻两条携砂液流道35之间的角度为60度，顶部和底部封口，每个连接面皆设有8个螺丝孔36和一个密封环凹槽9；

连接块6在两个连接面均设有8个螺丝孔并配有相应尺寸的螺丝，且在两个连接面也设有与六通连接构件7的连接面同样尺寸的密封环凹槽9，所述连接块6在中间开有流道，可供携砂液流通；

四通连接构件10为正方形拉伸而成，中间设有4条携砂液流道35，相邻两条携砂液流道35之间的角度为90度，顶部和底部封口，每个连接面皆设有8个螺丝孔和一个密封环凹槽9；

锲型连接块(13)侧面为梯形，包含两个连接面，其中一个连接面为垂直，另一个与铅垂面呈一定角度，连接面结构与连接块6的连接面结构相同。

参照图7所示，两通裂缝单元5的由2个固定框一37、6颗销钉38、2块外板一41、2个密封框三45、42颗支撑扣42、2根密封支撑条43、2块内板一46组成，且固定框一37、内板一46和外板一41均设有螺孔，在安装时，密封框三45涂抹少量胶水粘贴于外板一41中央，2根密封支撑条43分别粘贴于内板一46上部和下部，2根密封支撑条43之间的距离则为模拟裂缝的高度，其厚度则为模拟裂缝的缝宽，6颗销钉38从左至右穿过固定框一37、外板一41、支撑扣42、内板一46、支撑扣42、内板一46、支撑扣42、外板一41、固定框一37，然后与另一端接头连接固定；

固定框一37材质为金属，且在侧面开有4个螺丝孔，外板一41与内板一46材质为透明亚克力板，密封框三45、支撑扣42、密封支撑条43材质为橡胶，内板一46设有滤失孔39，外板一41上设有滤液出口44，连接管线后用于回收滤液；

四通裂缝单元16与两通裂缝单元5有相似的结构，在安装时使用固定框二47、内板二50、外板二48、密封框四49和4个密封支撑件51，与两通裂缝单元5对应的结构构件使用相同的材质，且使用相同的安装方式，但内板二50不设有滤液出口44；

参照图7所示，两通裂缝单元5可通过使用不同种类的内板一46将其转变为全滤失型、半滤失型和非滤失型，全滤失型滤失孔39设置为5×6矩形阵列排布，半滤失型滤失孔39设置为5×3矩形阵列排布，非滤失型不设置滤失孔39，使用者在组合裂缝与支撑剂运移模拟组件17时可根据测试需要使用不同滤失性能的两通裂缝单元5，四通裂缝单元16均为非滤失型；

内板一46和内板二50在加工时可根据实际测试需求使内表面变的粗糙和凹凸不平，更加真实的模拟出实际的裂缝条件。

参照图1所示，数据监测处理系统15由超声波探测器2、摄像头64、测速装置63、压力表58、电磁流量计61、数据传输线路65和计算机62构成，其中，比如3个超声波探测器2、1个测速装置63、2个压力表58、1个电磁流量计61和2台摄像头44均通过数据传输线路65和计算机62相连接，将自身装置所监测和测试的数据传输给计算机分析处理，以构成整个数据监测处理系统15。

参照图1所示，循环系统14由分离器53、水箱54、搅拌器55、耐腐耐磨泵56、止回阀57、加砂器59、混砂三通60、辅液罐52、耐蚀管线和若干连接法兰和阀门构成。

其中，分离器53入口与回收桶11的携砂液出口12连通；根据液流方向，分离器53出口管线上依次安装水箱54、搅拌器55、耐腐耐磨泵56、止回阀57、加砂器59和混砂三通60；在分离器与水箱之间的管线上连通辅液罐52；

加砂器59与混砂三通60的第一端连通；止回阀57的出液端与混砂三通60的第二端连通；混砂三通60的第三端作为出液端通过阀门与连接盘3的上法兰盘连通。

电磁流量计61安装在止回阀57的出液管线上；混砂三通60第二端的进液管线上安装一个压力表58，第三端的出液管线上也安装一个压力表58，且在该压力表58的下游管线上安装测速装置63。

本发明还公开了一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置的使用方法，具体包括如下步骤：

a、确定出需要测试的孔眼形状和材质并加工成标准的孔眼构件24尺寸，根据孔眼冲蚀模拟组件1的结构，将孔眼构件24安装于内管19的方形视窗22中，然后调试超声波探测器2，确定无误后将外管40的左右两半、保护板28和过渡块4按图2所述的安装图安装好，之后将内管19、外管40和连接盘3安装为一体，组成孔眼冲蚀模拟组件1；

b、确定需要模拟裂缝形状和大小，选择出合适的连接构件、连接块、裂缝单元、滤失或不滤失的内板、不同凹凸不平程度的内板，根据图7中两通裂缝单元5和四通裂缝单元16的组装方式，进行裂缝单元的安装，在将所选的所有构件按测试需求安装成裂缝与支撑剂运移模拟组件17，并将进液端与孔眼冲蚀模拟组件1连接，出液端与回收桶11连接；

c、确定需要测试的携砂液参数，并将固相加入加砂器59中，液相加入水箱54中，检查循环系统14管线和设备安装情况，确认无误进入下一步；

d、将数据监测处理系统15各个部件线路安装并调试好，打开所有监测设备、摄像头64、分离器53、搅拌器55、循环系统14的管线阀门、辅液罐52出液阀门和耐腐耐磨泵56，模拟测试开始；

e、测试开始后，根据监测需要，通过计算机62给超声波探测器2发送信号，测试信息再通过数据传输线路65返还给计算机62处理，实现孔眼冲蚀程度在线监测，通过摄像头64对裂缝单元内携砂液固相运移规律进行观察，对比孔眼冲蚀程度，可以得到孔眼冲蚀程度对支撑剂运移的影响规律；

f、测试中，裂缝与支撑剂运移模拟组件17出来的携砂液将流入分离器53，由分离器53做固液分离，固相将继续放入加砂器59中或收集晾干以备后用，液相将通过耐蚀管线流入辅液罐52或直接通入水箱54；

g、测试完毕后，关闭数据监测处理系统15与循环系统14，将进行试验后孔眼构件24从孔眼冲蚀模拟组件1的内管19上取下，查看其冲蚀程度并与在线监测的数据对比分析，得到在此实验条件该孔眼构件的冲蚀规律；

h、在不安装孔眼构件24的情况下，重新将孔眼冲蚀模拟组件1安装于循环管路中，并将水箱54中原有液相换成清水，重新打开循环系统14，且适当加大耐腐耐磨泵56泵压，使清水在整个装置中循环10分钟，以对整个装置做出相应的清洗，清洗完毕后关闭整个装置，拆卸后再度清洗以备后用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，其特征在于，包括：孔眼冲蚀模拟组件(1)、裂缝与支撑剂运移模拟组件(17)、数据监测处理系统(15)和循环系统(14)；

所述孔眼冲蚀模拟组件(1)上具有多个视窗，供独立孔眼构件嵌入连接；所述孔眼冲蚀模拟组件(1)的出液端与裂缝与支撑剂运移模拟组件(17)的进液端连通；

所述裂缝与支撑剂运移模拟组件(17)排出的携砂液进入所述循环系统的一端；所述循环系统的另一端与所述孔眼冲蚀模拟组件(1)的进液端相连通；

所述数据监测处理系统(15)用于获取所述循环系统的相关参数，并与所述孔眼冲蚀模拟组件(1)控制连接，实现对孔眼冲蚀程度的在线监测；

所述孔眼冲蚀模拟组件(1)设为内管(19)和外管(40)两层，并在上方设有连接盘(3)；所述连接盘(3)上方和下方均设有法兰盘，上法兰盘与所述循环系统(14)管线通过螺丝相连接，并在其间加设密封圈一(18)；其中，将使用螺丝固定并在其间加设密封圈的连接方式统一称为第一连接方式；

所述连接盘(3)的下法兰盘通过第一连接方式与内管(19)上法兰盘和外管(40)的上法兰盘相连接，所述内管(19)下法兰盘使用密封圈二(20)通过第一连接方式与内管盲板(21)连接；

所述内管(19)上开有N个方形视窗(22)，用于嵌入以供测试的孔眼构件(24)；所述N为大于1的正整数；

所述孔眼构件(24)与内管(19)在方形视窗(22)处通过螺丝固定，所述内管(19)内部设有供螺丝嵌入的凹坑；

所述孔眼构件(24)与内管(19)连接之间设有密封框一(23)，孔眼构件(24)嵌入内管(19)时用螺母一(26)固定，并在其间设有内面带弧度的垫片一(25)；所述垫片一(25)内面弧度与孔眼构件(24)弧度相同；

所述外管(40)分为左右两半，通过螺丝固定，并在中间设有密封条(27)；外管(40)上法兰盘与内管(19)上法兰盘和连接盘(3)下法兰盘通过第一连接方式连接；所述外管(40)下法兰盘通过第一连接方式与外管盲板(29)相连接；

所述外管(40)左半边通过螺纹连接所述数据监测处理系统(15)的N个超声波探测器(2)，并在超声波探测器(2)背部设有装置接线口(33)；所述超声波探测器(2)的发射器在整个孔眼冲蚀模拟组件(1)安装完成后将对准对应测试的孔眼构件(24)的孔中心；

所述外管(40)右半边设有出液流道，携砂液通过出液流道进入过渡块(4)，所述过渡块(4)通过嵌入保护板(28)的螺丝与外管(40)右半边相连接，并在其间设有密封框二(30)；所述过渡块(4)与外管(40)安装时使用螺母二(32)固定，并在其间加设同样有内面弧度的垫片二(31)；

所述保护板(28)设有与内管(19)相同的弧度，并开有出液口且在安装时紧贴内管(19)外壁，其出液口与内管(19)出液流道相对齐；

安装时，采用螺丝嵌入并穿过保护板(28)，在穿过外管(40)、密封框二(30)和过渡块(4)螺丝孔，套入垫片二(31)，使用螺母二(32)固定；

所述裂缝与支撑剂运移模拟组件(17)由多个组成部件构成；所述多个组成部件包括：两通裂缝单元(5)、连接块(6)、六通连接构件(7)、方形盲板(8)、四通连接构件(10)、密封环(34)、锲型连接块(13)和四通裂缝单元(16)；

所述裂缝与支撑剂运移模拟组件(17)整体结构根据模拟裂缝形状和大小，通过所述组成部件进行相应组合安装；

其中，与孔眼冲蚀模拟组件(1)相连接的裂缝单元和其同一方向的裂缝单元为主裂缝单元，通过连接构件与主裂缝单元连接的裂缝单元为分支裂缝单元和衍生裂缝单元；

通过六通连接构件(7)与四通连接构件(10)实现60度、90度和120度分支裂缝单元和水平衍生裂缝单元的组合安装；

通过锲型连接块(13)实现带垂向角度的分支裂缝单元的组合安装；

所述两通裂缝单元(5)、连接块(6)、六通连接构件(7)、四通连接构件(10)、锲型连接块(13)和四通裂缝单元(16)均具有液流通道；每个液流通道均配合安装对应的密封环(34)，且每个液流通道在不使用的状态下，通过所述方形盲板(8)堵住。

2.如权利要求1所述的一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，其特征在于，所述孔眼冲蚀模拟组件(1)的过渡块(4)通过螺丝与所述裂缝与支撑剂运移模拟组件(17)的连接块(6)一端连接，并在其间加设密封环(34)；所述连接块(6)的另一端与两通裂缝单元(5)的进液端相连接；其中，将使用连接块(6)，用螺丝固定，并在中间加设密封环(34)的连接方式统一称为第二连接方式；

所述两通裂缝单元(5)通过第二连接方式与六通连接构件(7)的一开口连接；所述六通连接构件(7)设有6个开口，每个开口之间角度为60度，进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口和5号出口通过第二连接方式各连接一块两通裂缝单元(5)，并在其出口加设密封环(34)和方形盲板(8)且用螺丝固定，3号出口和6号出口直接加设密封环(34)和方形盲板(8)，并用螺丝固定，4号出口通过第二连接方式连接另一块两通裂缝单元(5)，且在两通裂缝单元(5)另一端通过第二连接方式连接四通连接构件(10)；

所述四通连接构件(10)设有4个开口，每个开口之间角度为90度，进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口与4号出口皆通过第二连接方式连接有一块两通裂缝单元(5)，并在其出口加设密封环(34)和方形盲板(8)且用螺丝固定，3号出口通过第二连接方式连接四通裂缝单元(16)；

所述四通裂缝单元(16)在上下前后均设有出液口，在其上部和下部皆通过第二连接方式连接有一个四通连接构件(10)，每个四通连接构件(10)进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口与4号出口皆通过第二连接方式连接有一块两通裂缝单元(5)，并在其出口加设密封环(34)和方形盲板(8)且用螺丝固定，3号出口直接加设密封环(34)和方形盲板(8)，并用螺丝固定；在四通裂缝单元(16)后部通过螺丝连接锲型连接块(13)一端，并在其间加设密封环(34)；

所述锲型连接块(13)另一端通过螺丝连接一四通连接构件(10)，并在其间加设密封环(34)，四通连接构件(10)进液口方向开口为1号出口，按顺时针旋转，2号出口与4号出口皆通过第二连接方式连接有一块两通裂缝单元(5)，并在其出口加设密封环(34)和方形盲板(8)且用螺丝固定；在其3号出口处通过螺丝连接另一块锲型连接块(13)，并在其间加设密封环(34)，另一块锲型连接块(13)末端通过螺丝连接回收桶(11)，并在其间加设密封环(34)，所述回收桶(11)后部设有携砂液出口(12)；

所述携砂液出口(12)与所述循环系统的一端连通。

3.如权利要求2所述的一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，其特征在于，所述六通连接构件(7)为六边型拉伸而成，中间设有6条携砂液流道(35)，相邻两条携砂液流道(35)之间的角度为60度，顶部和底部封口，每个连接面皆设有多个螺丝孔(36)和一个密封环凹槽(9)；

所述连接块(6)在两个连接面均设有多个螺丝孔并配有相应尺寸的螺丝，且在两个连接面也设有与六通连接构件(7)的连接面同样尺寸的密封环凹槽(9)，所述连接块(6)在中间开有流道，供携砂液流通；

所述四通连接构件(10)为正方形拉伸而成，中间设有4条携砂液流道(35)，相邻两条携砂液流道(35)之间的角度为90度，顶部和底部封口，每个连接面皆设有多个螺丝孔和一个密封环凹槽(9)；

所述锲型连接块(13)侧面为梯形，包含两个连接面，其中一个连接面为垂直，另一个与铅垂面呈预设角度，其连接面结构与所述连接块(6)的连接面结构相同。

4.如权利要求2所述的一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，其特征在于，所述两通裂缝单元(5)由2个固定框一(37)、6颗销钉(38)、2块外板一(41)、2个密封框三(45)、42颗支撑扣(42)、2根密封支撑条(43)和2块内板一(46)组成，且固定框一(37)、内板一(46)和外板一(41)均设有螺孔；

在安装时，密封框三(45)涂抹胶水粘贴于外板一(41)中央，2根密封支撑条(43)分别粘贴于内板一(46)上部和下部，2根密封支撑条(43)之间的距离则为模拟裂缝的高度，其厚度则为模拟裂缝的缝宽；6颗销钉(38)从左至右穿过固定框一(37)、外板一(41)、支撑扣(42)、内板一(46)、支撑扣(42)、内板一(46)、支撑扣(42)、外板一(41)和固定框一(37)，然后与另一端接头连接固定；

所述固定框一(37)材质为金属，且在侧面开有4个螺丝孔；外板一(41)与内板一(46)材质为透明亚克力板；密封框三(45)、支撑扣(42)、密封支撑条(43)材质为橡胶；所述内板一(46)设有滤失孔(39)，外板一(41)上设有滤液出口(44)，连接管线后用于回收滤液；

所述四通裂缝单元(16)由固定框二(47)、内板二(50)、外板二(48)、密封框四(49)和4个密封支撑件(51)构成。

5.如权利要求4所述的一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，其特征在于，所述两通裂缝单元(5)通过使用不同种类的内板一(46)将其转变为全滤失型、半滤失型和非滤失型；

其中，全滤失型的滤失孔(39)设置为5×6矩形阵列排布，半滤失型的滤失孔(39)设置为5×3矩形阵列排布，非滤失型则不设置滤失孔(39)；

所述四通裂缝单元(16)均为非滤失型；

所述内板一(46)和内板二(50)的内表面凹凸不平。

6.如权利要求4所述的一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，其特征在于，所述数据监测处理系统(15)由超声波探测器(2)、摄像头(64)、测速装置(63)、压力表(58)、电磁流量计(61)、数据传输线路(65)和计算机(62)构成；

其中，超声波探测器(2)、测速装置(63)、压力表(58)、电磁流量计(61)和摄像头(64)均通过数据传输线路(65)和计算机(62)相连接，将自身装置所监测和测试的数据传输给计算机分析处理；

N个所述超声波探测器(2)安装在所述外管(40)的左半边上。

7.如权利要求6所述的一种液固两相流可视化冲蚀模拟装置，其特征在于，所述循环系统(14)由分离器(53)、水箱(54)、搅拌器(55)、耐腐耐磨泵(56)、止回阀(57)、加砂器(59)、混砂三通(60)、辅液罐(52)、耐蚀管线和若干连接法兰和阀门构成；

所述分离器(53)入口与所述回收桶(11)的携砂液出口(12)连通；

根据液流方向，所述分离器(53)出口管线上依次安装水箱(54)、搅拌器(55)、耐腐耐磨泵(56)、止回阀(57)、加砂器(59)、混砂三通(60)；

在分离器与水箱之间的管线上连通所述辅液罐(52)；

所述加砂器(59)与混砂三通(60)的第一端连通；所述止回阀(57)的出液端与所述混砂三通(60)的第二端连通；所述混砂三通(60)的第三端作为出液端通过阀门与所述连接盘(3)的上法兰盘连通；

所述电磁流量计(61)安装在所述止回阀(57)的出液管线上；

所述混砂三通(60)第二端的进液管线上安装一个压力表(58)，第三端的出液管线上也安装一个压力表(58)，且在该压力表(58)的下游管线上安装所述测速装置(63)。

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