CN114354887B - 一种激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光‑液氮磨料射流联合破岩试验装置，包括：冲蚀釜、切换结构、夹持结构、磨料混合座、磨料罐、激光发生器、溢流阀、第二截止阀以及第三截止阀，第三截止阀。进行试验时先在磨料罐中添加磨料，然后打开后盖，再根据试验设计靶距利用夹持结构夹持待测试岩样并将其调整至设计靶距，安装上后盖，随后根据试验需要模拟的地层深度处液体静压值调整溢流阀溢流值，以改变试验围压后关闭第一截止阀、第二截止阀，打开第三截止阀，启动柱塞泵向冲蚀釜内注入液氮至压力达到所需围压即可进行冲蚀试验。

Description

一种激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置。

背景技术

石油和天然气是重要的能源资源，是经济社会发展的源动力。随着勘探开发的进行，我国浅层油气田普遍进入开采中后期，产能后劲不足，稳产难度逐年加大；而待开发油气资源中大部分为深层油藏，需钻深井开采，但其地应力条件复杂、地层可钻性差、岩石硬度大等问题制约着深部钻井提速的步伐，严重影响了钻井周期和成本。因此，亟需探索一种经济高效的破岩技术。

发明内容

针对上述问题，现提供一种激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，旨在利用激光-液氮磨料射流进行多模式破岩试验，从而提高试验效率。

具体技术方案如下：

一种激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，具有这样的特征，包括：

冲蚀釜，冲蚀釜上可拆卸式的安装有前盖及后盖；

切换结构，用于切换喷嘴以对同一冲蚀点实现多模式破岩试验，切换结构安装于冲蚀釜内，切换结构内安装有磨料喷嘴及激光喷嘴；

夹持结构，用以夹持待测试岩样并调节其与喷嘴间距离，夹持结构安装于冲蚀釜内；

磨料混合座，磨料混合座嵌设于前盖上，磨料混合座内磨料混合腔的出料口通过连接软管与磨料喷嘴连通，磨料混合腔的进料口由内及外依次通过管道与第一截止阀、柱塞泵及液氮存储器连通；

磨料罐，用于调节磨料流量，磨料罐安装于磨料混合座上，磨料罐的出料口与磨料混合腔连通，磨料罐通过连接软管与冲蚀釜内部连通；

激光发生器，激光发生器通过光导纤维与激光喷嘴连通；

溢流阀，溢流阀的进料口通过管道与冲蚀釜内连通；

第二截止阀，第二截止阀的进料口通过管道与冲蚀釜内连通；以及

第三截止阀，第三截止阀，第三截止阀的进料口通过管道与第一截止阀及柱塞泵间管路连通，第三截止阀的出料口通过管道与冲蚀釜内部连通。

上述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，还具有这样的特征，切换结构包括切换座、旋转座、第一切换齿轮及第二切换齿轮，切换座安装于冲蚀釜内，旋转座转动安装于切换座内，且旋转座、第一切换齿轮及第二切换齿轮相互啮合，磨料喷嘴安装于第一切换齿轮上，激光喷嘴安装于第二切换齿轮上。

上述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，还具有这样的特征，夹持结构包括夹持座、垫板及锁紧螺钉，夹持座内开设有夹持腔，垫板安装于夹持腔内，垫板可沿夹持腔往复滑动，锁紧螺钉螺旋安装于夹持座上。

上述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，还具有这样的特征，夹持结构还包括调节螺钉，调节螺钉螺旋安装于夹持座上，且调节螺钉的一端伸入夹持腔并安装于垫板上。

上述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，还具有这样的特征，磨料罐包括罐体、开闭杆、锥形顶杆及开闭簧，罐体内的磨料腔与磨料混合腔连通，开闭杆螺旋安装于罐体上，且开闭杆的上端穿过至罐体外部，锥形顶杆滑动安装于罐体内的磨料腔中，开闭簧穿设于锥形顶杆上，且开闭簧的下端安装于罐体上，开闭簧的上端安装于锥形顶杆上，罐体内的磨料腔通过连接软管与冲蚀釜内部连通。

上述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，还具有这样的特征，开闭杆的上部还安装有旋杆。

上述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，还具有这样的特征，冲蚀釜上还安装有观察窗。

上述方案的有益效果是：

1)本发明中通过切换结构配合激光发生器及柱塞泵等对同一冲蚀点实现多模式破岩试验，从而提高试验效率；

2)本发明中通过调整溢流阀开度以模拟不同地层深度处的液体静压；

3)本发明中通过开闭杆准确控制锥形顶杆位移量，从而控制磨料腔开度及磨料流量。

附图说明

图1为本发明的实施例中提供的试验装置的结构示意图；

图2为图1中字母A处对应部分的局部放大图；

图3为本发明的实施例中提供的切换结构的结构示意图；

图4为本发明的实施例中提供的夹持结构的结构示意图。

附图中：10、冲蚀釜；11、前盖；12、后盖；13、观察窗；20、切换结构；21、磨料喷嘴；22、激光喷嘴；23、切换座；24、旋转座；25、第一切换齿轮；26、第二切换齿轮；30、夹持结构；31、夹持座；311、夹持腔； 32、垫板；33、锁紧螺钉；34、调节螺钉；40、磨料混合座；41、混合磨料腔；50、第一截止阀；60、柱塞泵；70、液氮存储器；80、磨料罐；81、罐体；82、开闭杆；821、旋杆；83、锥形顶杆；84、开闭簧；90、激光发生器；100、溢流阀；110、第二截止阀；120、第三截止阀。

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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1至图4所示，本发明的实施例中提供的试验装置包括：冲蚀釜10，冲蚀釜10上可拆卸式的安装有前盖11及后盖12；切换结构20，用于切换喷嘴以对同一冲蚀点实现多模式破岩试验，切换结构20安装于冲蚀釜10内，切换结构20内安装有磨料喷嘴21及激光喷嘴22；夹持结构30，用以夹持待测试岩样并调节其与喷嘴间距离，夹持结构30安装于冲蚀釜10内；磨料混合座40，磨料混合座40嵌设于前盖11上，磨料混合座40内磨料混合腔 41的出料口通过连接软管与磨料喷嘴21连通，磨料混合腔41的进料口由内及外依次通过管道与第一截止阀50、柱塞泵60及液氮存储器70连通；磨料罐80，用于调节磨料流量，磨料罐80安装于磨料混合座40上，磨料罐80 的出料口与磨料混合腔41连通，磨料罐80通过连接软管与冲蚀釜10内部连通；激光发生器90，激光发生器90通过光导纤维与激光喷嘴22连通；溢流阀100，溢流阀100的进料口通过管道与冲蚀釜10内连通；第二截止阀110，第二截止阀110的进料口通过管道与冲蚀釜10内连通；以及第三截止阀120，第三截止阀120，第三截止阀120的进料口通过管道与第一截止阀 50及柱塞泵60间管路连通，第三截止阀120的出料口通过管道与冲蚀釜10 内部连通。

本发明中进行试验时先在磨料罐80中添加磨料，然后打开后盖12，再根据试验设计靶距利用夹持结构30夹持待测试岩样并将其调整至设计靶距，安装上后盖12，随后根据试验需要模拟的地层深度处液体静压值调整溢流阀 100溢流值，以改变试验围压后关闭第一截止阀50、第二截止阀110，打开第三截止阀120，启动柱塞泵60向冲蚀釜10内注入液氮至压力达到所需围压即可进行冲蚀试验。

本发明中当开启激光发发生器90时可使用激光对岩样进行破岩试验；而当需要进行切换时可先关闭激光发生器90，随后关闭对应截止阀，再开启第二截止阀110以将冲蚀釜10内液氮排空后拆除后盖12，再利用切换结构 20旋转并切换磨料喷嘴21至其冲蚀点位于前一相同冲蚀点处，再依次关闭相应截止阀后启动柱塞泵60至压力达到所需围压，再通过磨料罐80调整至设计磨料流量，即可利用磨料喷嘴21对岩样进行液氮磨料射流冲击。

具体的，本发明中切换结构20包括切换座23、旋转座24、第一切换齿轮25及第二切换齿轮26，切换座23安装于冲蚀釜10内，旋转座24转动安装于切换座23内，且旋转座24、第一切换齿轮25及第二切换齿轮26相互啮合，磨料喷嘴21安装于第一切换齿轮25上，激光喷嘴22安装于第二切换齿轮26上，本发明中当需要进行切换时可旋转旋转座24，以上、下切换第一切换齿轮25及第二切换齿轮26，从而利用不同喷嘴进行冲蚀试验。本发明中可利用多个弹簧卡珠类结构(弹簧一端连接于切换座23上槽体中，弹簧另一端连接于卡珠上，从而利用弹簧将卡珠抵接于旋转座24上的槽体中)固定旋转座24，当旋转旋转座24时卡珠从槽体中脱离，后续再旋转旋转座24以上、下调整磨料喷嘴21/激光喷嘴22后卡珠卡入对应槽体中，从而固定旋转座24。

具体的，本发明中夹持结构30包括夹持座31、垫板32及锁紧螺钉33，夹持座31内开设有夹持腔311，垫板32安装于夹持腔311内，垫板32可沿夹持腔311往复滑动，锁紧螺钉33螺旋安装于夹持座31上，本发明中可先移动移动垫板32后再将岩样塞入夹持腔311中，随后旋动锁紧螺钉33以固定住岩样。为便于调节垫板32，本发明中可在夹持座31上安装调节螺钉34，并将调节螺钉34的一端伸入夹持腔311并安装于垫板32上，这样就可以通过旋动调节螺钉34调节垫板32。

具体的，本发明中磨料罐80包括罐体81、开闭杆82、锥形顶杆83及开闭簧84，罐体81内的磨料腔与磨料混合腔41连通，开闭杆82螺旋安装于罐体81上，且开闭杆82的上端穿过至罐体81外部，锥形顶杆83滑动安装于罐体81内的磨料腔中，开闭簧84穿设于锥形顶杆83上，且开闭簧84 的下端安装于罐体81上，开闭簧84的上端安装于锥形顶杆83上，罐体81内的磨料腔通过连接软管与冲蚀釜10内部连通，本发明中利用锥形顶杆83 控制磨料腔开度，试验时使用者下旋开闭杆82，以下顶锥形顶杆83，并进而利用锥形顶杆83上锥形头控制磨料腔开度。本发明中使用者可按预计磨料流量下旋开闭杆82。为便于旋动开闭杆82，本发明中开闭杆82的上部还安装有旋杆821。

为实现可视化记录试验过程，本发明中还可于冲蚀釜10上安装观察窗 13。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，其特征在于，包括：

冲蚀釜（10），所述冲蚀釜（10）上可拆卸式的安装有前盖（11）及后盖（12）；

切换结构（20），用于切换喷嘴以对同一冲蚀点实现多模式破岩试验，所述切换结构（20）安装于所述冲蚀釜（10）内，所述切换结构（20）内安装有磨料喷嘴（21）、激光喷嘴（22）、切换座（23）、旋转座（24）、第一切换齿轮（25）及第二切换齿轮（26），所述切换座（23）安装于所述冲蚀釜（10）内，所述旋转座（24）转动安装于所述切换座（23）内，且所述旋转座（24）、所述第一切换齿轮（25）及所述第二切换齿轮（26）相互啮合，所述磨料喷嘴（21）安装于所述第一切换齿轮（25）上，所述激光喷嘴（22）安装于所述第二切换齿轮（26）上；

夹持结构（30），用以夹持待测试岩样并调节其与喷嘴间距离，所述夹持结构（30）安装于所述冲蚀釜（10）内；

磨料混合座（40），所述磨料混合座（40）嵌设于所述前盖（11）上，所述磨料混合座（40）内磨料混合腔（41）的出料口通过连接软管与所述磨料喷嘴（21）连通，所述磨料混合腔（41）的进料口由内及外依次通过管道与第一截止阀（50）、柱塞泵（60）及液氮存储器（70）连通；

磨料罐（80），用于调节磨料流量，所述磨料罐（80）安装于所述磨料混合座（40）上，所述磨料罐（80）的出料口与所述磨料混合腔（41）连通，所述磨料罐（80）通过连接软管与所述冲蚀釜（10）内部连通；

激光发生器（90），所述激光发生器（90）通过光导纤维与所述激光喷嘴（22）连通；

溢流阀（100），所述溢流阀（100）的进料口通过管道与所述冲蚀釜（10）内连通；

第二截止阀（110），所述第二截止阀（110）的进料口通过管道与所述冲蚀釜（10）内连通；以及

第三截止阀（120），所述第三截止阀（120），所述第三截止阀（120）的进料口通过管道与所述第一截止阀（50）及所述柱塞泵（60）间管路连通，所述第三截止阀（120）的出料口通过管道与所述冲蚀釜（10）内部连通。

2.根据权利要求1所述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，其特征在于，所述夹持结构（30）包括夹持座（31）、垫板（32）及锁紧螺钉（33），所述夹持座（31）内开设有夹持腔（311），所述垫板（32）安装于所述夹持腔（311）内，所述垫板（32）可沿所述夹持腔（311）往复滑动，所述锁紧螺钉（33）螺旋安装于所述夹持座（31）上。

3.根据权利要求2所述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，其特征在于，所述夹持结构（30）还包括调节螺钉（34），所述调节螺钉（34）螺旋安装于所述夹持座（31）上，且所述调节螺钉（34）的一端伸入所述夹持腔（311）并安装于所述垫板（32）上。

4.根据权利要求1所述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，其特征在于，所述磨料罐（80）包括罐体（81）、开闭杆（82）、锥形顶杆（83）及开闭簧（84），所述罐体（81）内的磨料腔与所述磨料混合腔（41）连通，所述开闭杆（82）螺旋安装于所述罐体（81）上，且所述开闭杆（82）的上端穿过至所述罐体（81）外部，所述锥形顶杆（83）滑动安装于所述罐体（81）内的磨料腔中，所述开闭簧（84）穿设于所述锥形顶杆（83）上，且所述开闭簧（84）的下端安装于所述罐体（81）上，所述开闭簧（84）的上端安装于所述锥形顶杆（83）上，所述罐体（81）内的磨料腔通过连接软管与所述冲蚀釜（10）内部连通。

5.根据权利要求4所述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，其特征在于，所述开闭杆（82）的上部还安装有旋杆（821）。

6.根据权利要求1-5任一项所述的激光-液氮磨料射流联合破岩试验装置，其特征在于，所述冲蚀釜（10）上还安装有观察窗（13）。