CN115979869A - 一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，包括冲蚀箱，冲蚀箱一侧开设有连接孔，冲蚀箱内铰接有实验台，实验台倾角可调，实验台倾角调节后的上表面靠近连接孔，实验台顶面可拆卸设置有至少两组第一夹持组件，第一夹持组件用于夹持板件试样，第一夹持组件上均可拆卸设置有第二夹持组件，第二夹持组件用于夹持管件试样，本申请具有可同时适用板件试样和管件试样的冲蚀实验、通用性强、可便于采集更多需求的实验数据的优点。

Description

一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置

技术领域

本申请涉及冲蚀实验模拟技术领域，尤其涉及一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置。

背景技术

页岩气对优化全球能源产业结构具有重大意义，页岩气田特殊的储层结构及水力压裂的开采方式导致采出页岩气中含有水及大量的砂粒。高压气流携带砂粒在集输管道内高速运动，导致页岩气集输管道，尤其是弯头面临严重的冲蚀威胁。而且页岩气气田生产压力衰减快，导致集输管道内的含水量及含砂量随生产阶段推进而变化，进而影响管道中砂粒的运动状态及砂粒与气流的相间作用，引起集输管道内冲蚀状态及速率发生相应变化，这给不同生产时期的页岩气集输管道的冲蚀风险管理与防护带来挑战。

在冲蚀磨损研究领域，目前可通过实验模拟装置来获取相关实验数据，而在实际的实验过程发现，现有冲蚀实验模拟装置结构简单，不能进行不同角度对试样影响的实验，也不能同时适用板件试样或管件试样的实验，通用性低，采集的实验数据单一，不满足当前更多的实验要求。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，旨在解决现有冲蚀实验模拟装置通用性低，采集的实验数据单一的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，包括冲蚀箱，冲蚀箱一侧开设有连接孔，冲蚀箱内铰接有实验台，实验台倾角可调，实验台倾角调节后的上表面靠近连接孔，实验台顶面可拆卸设置有至少两组第一夹持组件，第一夹持组件用于夹持板件试样，第一夹持组件上均可拆卸设置有第二夹持组件，第二夹持组件用于夹持管件试样。

可选地，第一夹持组件包括第一夹持块，第二夹持组件可拆卸设置于第一夹持块上，第一夹持块上螺纹连接有第一螺栓，实验台上开设有多个与第一螺栓配合的螺纹孔。

可选地，实验台上开设有至少一条调整槽，每条调整槽上可滑动地对称设置两组第一夹持块，两组第一夹持块用于将板件试样夹持固定于调整槽上。

可选地，第一夹持块上开设有第一活动槽，第二夹持组件包括铰接于第一活动槽内的活动杆，第一夹持块上设置有第二夹持块，第二夹持块侧壁开设有与活动杆配合的第二活动槽，活动杆上螺纹套设有第二螺栓，第二螺栓紧固于第二夹持块顶面，第二夹持块和第一夹持块用于共同夹持管件试样。

可选地，第一夹持块远离第一活动槽的一面为第一夹持面，第二夹持块远离第二活动槽的一面为第二夹持面，第一夹持面与第二夹持面共面，第一夹持面用于接触板件试样，第一夹持面和第二夹持面用于共同接触管件试样。

可选地，冲蚀箱包括下箱体，下箱体顶部可拆卸连接有上箱体，连接孔开设于上箱体一侧，实验台铰接于下箱体顶部。

可选地，下箱体内开设有凹槽，凹槽内铰接有伸缩机构，伸缩机构顶部铰接于实验台底面，实验台可水平盖合于凹槽顶部。

可选地，伸缩机构两端均设置有第一铰链组件，伸缩机构通过两第一铰链组件分别铰接于凹槽内底部和实验台底面。

可选地，第一铰链组件包括连接于凹槽内底部或实验台底面的两个固定板，两个固定板之间活动连接有第一转动轴，第一转动轴上固定套设有连接件，连接件和伸缩机构连接。

可选地，实验台一侧设置有第二铰链组件，第二铰链组件包括至少两个设置于下箱体顶部的活动套，活动套靠近凹槽边缘，活动套之间活动设置有第二转动轴，第二转动轴侧壁连接有连杆，第二转动轴通过连杆与实验台连接。

本申请所能实现的有益效果如下：

本申请通过第一夹持组件可在实验台上夹持板件试样，然后通过转动实验台到对应倾角位置，使板件试样侧面靠近连接孔，即可通过连接孔通入气-液-固三相进入冲蚀箱内，作用在实验台上的板件试样上，操作人员可根据实验需要调整板件试样在实验台上的位置和角度，从而进行不同角度对板件试样影响的实验，而针对管件试样时，可组装第二夹持组件以扩大夹持面积，从而可适用于对管件试样的夹持，此时实验台处于水平状态即可，从而可对管件试样进行冲蚀实验，不需要替换冲蚀腔，使用更加便捷，因此本申请可同时适用于板件试样和管件试样的冲蚀实验，且对板件试样可采集其在不同角度位置的实验数据，具备通用性，从而提高了对实验数据采集的多样性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请的实施例中一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置的结构示意图；

图2为本申请的实施例中下箱体的内部结构示意图；

图3为本申请的实施例中实验台展开时的结构示意图；

图4为本申请的实施例中伸缩机构与第一铰链组件的连接结构示意图；

图5为本申请的实施例中活动杆与第一夹持块的连接结构示意图；

图6为本申请的实施例中活动杆为竖直状态时的结构示意图；

图7为本申请的实施例中在第一夹持块上组装第二夹持组件后的结构示意图；

图8为本申请的实施例中第二夹持块的结构示意图。

附图标记：

100-冲蚀箱，110-下箱体，111-凹槽，120-上箱体，121-连接孔，200-实验台，210-调整槽，300-第一夹持组件，310-第一夹持块，311-第一活动槽，312-第一夹持面，320-第一螺栓，400-第二夹持组件，410-活动杆，420-第二夹持块，421-第二活动槽，422-第二夹持面，430-第二螺栓，500-伸缩机构，600-第一铰链组件，610-固定板，620-第一转动轴，630-连接件，700-第二铰链组件，710-活动套，720-第二转动轴，730-连杆。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

实施例1

参照图1-图8，本实施例提供一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，包括冲蚀箱100，冲蚀箱100一侧开设有连接孔121，冲蚀箱100内铰接有实验台200，实验台200倾角可调，实验台200倾角调节后的上表面靠近连接孔121，实验台200顶面可拆卸设置有至少两组第一夹持组件300，第一夹持组件300用于夹持板件试样，第一夹持组件300上均可拆卸设置有第二夹持组件400，第二夹持组件400用于夹持管件试样。

现有技术中，针对不同类型的试样需要替换不同的冲蚀腔，因此需要采用对应的实验设备，增加了设备成本，因此，在本实施例中，通过第一夹持组件300可在实验台200上夹持板件试样，然后通过转动实验台200到对应倾角位置，使板件试样侧面靠近连接孔121，即可通过连接孔121通入气-液-固三相进入冲蚀箱100内，作用在实验台200上的板件试样上，操作人员可根据实验需要调整板件试样在实验台200上的位置和角度，从而进行不同角度对板件试样影响的实验，而针对管件试样时，可组装第二夹持组件400以扩大夹持面积，从而可适用于对管件试样的夹持，此时实验台200处于水平状态即可，从而可对管件试样进行冲蚀实验，此时直接将气-液-固三相通入管件试样即可，不需要替换冲蚀腔，使用更加便捷，因此本申请可同时适用于板件试样和管件试样的冲蚀实验，且对板件试样可采集其在不同角度位置的实验数据，具备通用性，从而提高了对实验数据采集的多样性。

需要说明的是，在使用时，将试样固定在实验台200上，并调节实验台200放置角度，调节好后，气-液-固（气-水-砂）三相在汇管中汇合后，并通过连接管与连接孔121连接，进而对气-液-固（气-水-砂）三相对试样的影响进行实验探究，在不同使用条件下，本装置可探究三相与试样之间的角度的影响，当需要进行不同的管件（例如弯管或直管）的实验时，可将待测管件固定放置在实验台200上即可，连接管与待测管件之间可通过转换接头连接，因此还可适用于不同大小直径的待测管件。

在上述结构中，具体夹持结构可以为多种，只要能够实现对板件试样或管件试样夹持的功能即可，但在实际使用的过程发现，板件试样通常为一个薄板，管件试样为直管或弯管，通常需要不同的夹持机构来分别对薄板和待测管件进行夹持，在此基础上，作为一种可选的实施方式，第一夹持组件300包括第一夹持块310，第二夹持组件400可拆卸设置于第一夹持块310上，第一夹持块310上螺纹连接有第一螺栓320，实验台200上开设有多个与第一螺栓320配合的螺纹孔。

在本实施方式中，夹持板件试样时，将板件试样放置在两第一夹持块310之间，使板件试样侧面（即冲蚀面）正对连接孔121，这里第一夹持块310在实验台200上的固定位置可调，通过第一螺栓320与实验台200上不同位置的螺纹孔进行配合即可，从而可适用于不同宽度规格的板件试样的夹持，即可采集不同板材、不同厚度以及不同冲蚀面积的实验数据，进一步提高了通用性。

作为一种可选的实施方式，实验台200上开设有至少一条调整槽210，每条调整槽210上可滑动地对称设置两组第一夹持块310，两组第一夹持块310用于将板件试样夹持固定于调整槽210上。

在本实施方式中，第一夹持块310可在调整槽210上滑移，滑移到对应位置后再进行固定，定位准确，且板件试样可定位安装于调整槽210上，然后再滑移第一夹持块310靠近板件试样将其夹紧，方便快速装夹，操作方便快捷。

需要说明的是，当具有多个互相平行的调整槽210时，可根据需要将第一夹持块连接在不同的调整槽中，并通过在调整槽中滑动调节两个第一夹持块之间的相对位置关系，从而可调节板件试样与连接孔121之间的间距，以获取更多的冲蚀实验数据。

由于板件试样较薄，因此仅使用两个第一夹持块310即可对板件试样进行固定，然而管件试样外径较大，若仅通过两个第一夹持块310进行固定不能固定稳固，容易发生脱落，因此，作为一种可选的实施方式，第一夹持块310上开设有第一活动槽311，第二夹持组件400包括铰接于第一活动槽311内的活动杆410，第一夹持块310上设置有第二夹持块420，第二夹持块420侧壁开设有与活动杆410配合的第二活动槽421，活动杆410上螺纹套设有第二螺栓430，第二螺栓430紧固于第二夹持块420顶面，第二夹持块420和第一夹持块310用于共同夹持管件试样。

在本实施方式中，当需要固定待测管件试样时，将活动杆410在第一活动槽311中转动至竖直状态，然后将第二夹持块420的第二活动槽421对准活动杆410卡入，并使第二夹持块420位于第一夹持块310顶面，此时活动杆410的顶端穿过第二夹持块420的上端面，从而使第一夹持块310和第二夹持块420与待测管件接触的面共面，然后在活动杆410伸出第二夹持块420上端的一段连接第二螺栓430，以对活动杆410和第二夹持块420进行固定，同时使第一夹持块310和第二夹持块420与待测管件相接触抵紧，然后对第一夹持块310进行固定，进而对待测管件进行固定，通过第一夹持块310和第二夹持块420同时进行固定，固定稳固性更高。

作为一种可选的实施方式，第一夹持块310远离第一活动槽311的一面为第一夹持面312，第二夹持块420远离第二活动槽421的一面为第二夹持面422，第一夹持面312与第二夹持面422共面，第一夹持面312用于接触板件试样，第一夹持面312和第二夹持面422用于共同接触管件试样。

在本实施方式中，在组装第二夹持块420后，从而使第一夹持面312与第二夹持面422共面，即可使第一夹持面312与第二夹持面422共同夹持管件试样，接触面积大，夹持牢靠稳定。

作为一种可选的实施方式，冲蚀箱100包括下箱体110，下箱体110顶部可拆卸连接有上箱体120，连接孔121开设于上箱体120一侧，实验台铰接于下箱体110顶部。

在本实施方式中，冲蚀箱100分成可拆卸连接的下箱体110与上箱体120两部分，需要调整实验台200角度或更换试样时，打开上箱体120即可，调整好后再安装上箱体120从而形的冲蚀箱100，上箱体120内则具有相对密封的冲蚀腔，操作方便快捷，同时，根据实验需求，冲蚀实验时分为密封环境或非密封环境，常规密封环境需要安装上箱体120，若需要进行非密封环境的冲蚀实验时，直接取掉上箱体120，下箱体110顶部附件全部露出，气-液-固（气-水-砂）三相直接作用于试样即可，进一步提高了通用性，提高了实验数据的多样性。

与现有的结构相比，本装置在更换板件试样或管件试样时，不需要将冲蚀箱100内的冲蚀腔完全替换，本装置的下箱体110可直接作为支撑固定件对待测管件进行支撑固定，在进行板件试样实验时，固定好板件试样后，直接将上箱体120与下箱体110连接，最后连接管与上箱体120的连接孔121连接即可，在本装置中，板件试样与连接孔121之间的角度可快速调节，并且在调节时，可取下上箱体120进行调节，操作不仅简便，并且准确度更高。

需要说明的是，在密封环境对板件试样进行冲蚀实验时，若夹持板件试样后活动杆410伸出下箱体110侧端一段距离，可将活动杆410转动至可收纳至上箱体120内壁，活动杆410与第一夹持块310之间可为阻尼铰接；上箱体120与下箱体110的可拆卸连接结构形式较多，比如卡槽与卡条/卡块的卡接结构、螺栓连接结构等，这里应该不受限制。

作为一种可选的实施方式，下箱体110内开设有凹槽111，凹槽111内铰接有伸缩机构500，伸缩机构500顶部铰接于实验台200底面，实验台200可水平盖合于凹槽111顶部。

在本实施方式中，需要调节实验台200倾角时，可通过伸缩机构500的伸缩作用带动实验台200绕其铰接端转动到对应位置，伸缩机构500的结构可为多种，只要能实现伸缩即可，伸缩机构500可为自动的，例如电动推杆、油缸、气缸等，也可以为手动调节的，这里应当不作限定。

作为一种可选的实施方式，伸缩机构500两端均设置有第一铰链组件600，伸缩机构500通过两第一铰链组件600分别铰接于凹槽111内底部和实验台200底面。第一铰链组件600包括连接于凹槽111内底部或实验台200底面的两个固定板610，两个固定板610之间活动连接有第一转动轴620，第一转动轴620上固定套设有连接件630，连接件630和伸缩机构500连接。

在本实施方式中，伸缩机构500进行伸缩时，第一铰链组件600可配合伸缩机构500进行运动，此时第一转动轴620可沿两个固定板610进行转动，这里可在固定板610内设置有与第一转动轴620配合的滚珠轴承，活动能力强，避免卡死。这里连接件630可为U形连接件，也可为套式连接件。

作为一种可选的实施方式，实验台200一侧设置有第二铰链组件700，第二铰链组件700包括至少两个设置于下箱体110顶部的活动套710，活动套710靠近凹槽111边缘，活动套710之间活动设置有第二转动轴720，第二转动轴720侧壁连接有连杆730，第二转动轴720通过连杆730与实验台200连接。

在本实施方式中，实验台200通过第二铰链组件700铰接于下箱体110上，第二转动轴720可绕活动套710活动转动，以灵活配合实验台200的转动，这里第二转动轴720、连杆730和实验台200的上端共面，当放置待测管件后，待测管件、连接管能够位于同一高度上，并且连杆730、第二转动轴720不会影响连接管与待测管件之间的连接。

需要说明的是，本装置还包括氮气罐、水罐、汇管和三相分离器（图中均未画出）。氮气罐流出的气体和水罐流出的液体在汇管中相互混合，从汇管流出的气-水两相在水平管中段通过三通管与可移动式加料装置底部出砂口相连，气-水两相经过汇管后进入可移动式加料装置，再经过换热器进行换热升温至预定的温度，可移动式加料装置中流出的气-液-固（气-水-砂）三相与冲蚀腔通过连接管连接。冲蚀腔与三相分离器连接，三相分离器可以实现三相的分离，其中气相在三相分离器顶部流出后进入氮气罐循环使用，水相在三相分离器中部流出后进入水罐循环使用，同样固相即砂粒从三相分离器底部流出后，可引入可移动式加料装置中实现砂料的循环使用。

综上所述，本装置基于提高通用性、可满足各种实验需求的出发点，集成了密封/非密封环境的切换、不同类型试样的更换、板件试样不同冲蚀角度的实验等多功能为一体，通过控制变量，从而可获取各种实验条件下的数据，满足数据的多样性需求，实用性高。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，其特征在于，包括冲蚀箱，所述冲蚀箱一侧开设有连接孔，所述冲蚀箱内铰接有实验台，所述实验台倾角可调，所述实验台倾角调节后的上表面靠近所述连接孔，所述实验台顶面可拆卸设置有至少两组第一夹持组件，所述第一夹持组件用于夹持板件试样，所述第一夹持组件上均可拆卸设置有第二夹持组件，所述第二夹持组件用于夹持管件试样。

2.如权利要求1所述的一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，其特征在于，所述第一夹持组件包括第一夹持块，所述第二夹持组件可拆卸设置于所述第一夹持块上，所述第一夹持块上螺纹连接有第一螺栓，所述实验台上开设有多个与所述第一螺栓配合的螺纹孔。

3.如权利要求2所述的一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，其特征在于，所述实验台上开设有至少一条调整槽，每条所述调整槽上可滑动地对称设置两组所述第一夹持块，两组所述第一夹持块用于将板件试样夹持固定于所述调整槽上。

4.如权利要求2所述的一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，其特征在于，所述第一夹持块上开设有第一活动槽，所述第二夹持组件包括铰接于所述第一活动槽内的活动杆，所述第一夹持块上设置有第二夹持块，所述第二夹持块侧壁开设有与所述活动杆配合的第二活动槽，所述活动杆上螺纹套设有第二螺栓，所述第二螺栓紧固于所述第二夹持块顶面，所述第二夹持块和所述第一夹持块用于共同夹持管件试样。

5.如权利要求4所述的一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，其特征在于，所述第一夹持块远离所述第一活动槽的一面为第一夹持面，所述第二夹持块远离所述第二活动槽的一面为第二夹持面，所述第一夹持面与所述第二夹持面共面，所述第一夹持面用于接触板件试样，所述第一夹持面和所述第二夹持面用于共同接触管件试样。

6.如权利要求1所述的一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，其特征在于，所述冲蚀箱包括下箱体，所述下箱体顶部可拆卸连接有上箱体，所述连接孔开设于所述上箱体一侧，所述实验台铰接于所述下箱体顶部。

7.如权利要求6所述的一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，其特征在于，所述下箱体内开设有凹槽，所述凹槽内铰接有伸缩机构，所述伸缩机构顶部铰接于所述实验台底面，所述实验台可水平盖合于所述凹槽顶部。

8.如权利要求7所述的一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，其特征在于，所述伸缩机构两端均设置有第一铰链组件，所述伸缩机构通过两所述第一铰链组件分别铰接于所述凹槽内底部和所述实验台底面。

9.如权利要求8所述的一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，其特征在于，所述第一铰链组件包括连接于所述凹槽内底部或所述实验台底面的两个固定板，两个所述固定板之间活动连接有第一转动轴，所述第一转动轴上固定套设有连接件，所述连接件和所述伸缩机构连接。

10.如权利要求7所述的一种页岩气集气管道冲蚀磨损实验装置，其特征在于，所述实验台一侧设置有第二铰链组件，所述第二铰链组件包括至少两个设置于所述下箱体顶部的活动套，所述活动套靠近所述凹槽边缘，所述活动套之间活动设置有第二转动轴，所述第二转动轴侧壁连接有连杆，所述第二转动轴通过所述连杆与所述实验台连接。

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