CN204214630U - 一种用于测试中空微珠抗冲击的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其包括：腔体组件，所述腔体组件的端口设置有具有进入口和排出口的腔体外盖；用于存放待测流体的储液罐；用于收集实验流体的集液灌；至少两个管路，第一管路的一端与所述储液罐的出液口相连通，另一端与所述进入口相连通；第二管路的一端与所述集液灌的进液口相连通，另一端与所述排出口相连通，所述第一管路上设置有泵送所述实验流体进入所述腔体组件内部的射流泵。所述实验装置具有操作简单、安全性高以及能够准确、方便地测试出待测流体中的中空微珠的抗冲击能力以及破碎率的优点。

Description

一种用于测试中空微珠抗冲击的实验装置

技术领域

本实用新型涉及测试抗冲击能力的实验装置的技术领域，尤其涉及一种用于测试中空微珠抗冲击的实验装置。 

背景技术

中空微珠因其具有密度低的特点常用来配置低密度钻井液和低密度固井水泥浆。钻井过程中，钻井液经由钻头水眼，在高速条件下喷射在井底的岩石上。此过程要求中空微珠具有一定的抗高速冲击的能力，来保证钻井液密度的稳定性。目前，测试抗冲击能力的实验方法多采用摆锤冲击实验来确定。该实验主要以摆锤所具有的势能，通过冲头在定的速度下，冲击一定规格的片状或柱状试样，以此来测量冲头消耗的能量。通过得知的消耗能量来评价摆锤冲击试样的冲击能量，即评价该片状或柱状试样在动负荷条件下抵抗冲击的性能。 

现有技术中的摆锤冲击实验，在井底高速射流状态下，存在难以确定中空微珠的抗冲击能力的问题。 

实用新型内容

针对上述问题，根据本实用新型，提出了一种用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其包括：腔体组件，所述腔体组件的端口设置有具有进入口和排出口的腔体外盖；用于存放待测流体的储液罐；用于收集实验流体的集液灌；至少两个管路，第一管路的一端与所述储液罐的出液口相连通，另一端与所述进入口相连通；第二管路的一端与所述集液灌的进液口相连通，另一端与所述排出口相连通，所述第一管路上设置有泵送所述实验流体进入所述腔体组件内部的射流泵。在射流泵的作用下，使得存放在储液罐中的待测流体泵送进腔体组件。 

较佳的，所述第一管路上还设置有测量所述待测流体的压力的压力计以及还设置有测量所述待测流体的流量的流量计。 

较佳的，所述第一管路上还设置有调节所述待测流体的流量的调节阀。在第 一管路上还设置有测量待测流体的压力的压力计以及还设置有测量待测流体的流量的流量计。该压力计用来设定好测试前待测流体的压力，使操作者便于确定该压力是否满足高压条件。在该第一管路上还设置有调节阀门，该调节阀门在开始测试前，能够调解待测流体的流量，并将该流量控制在符合要求的范围内。当测试结束后，通过该调节阀门对该第一管路中的待测流体进行切断。 

较佳的，所述腔体组件包括腔体外壳。由于该硬质合金钢具有较好的耐冲击性以及耐腐蚀性，因此，使得该腔体外盖的强度较强，能够较好地承受腔体组件内部的恶劣环境。此外，该腔体外盖的设置，能够有效地防止进入腔体组件中的如下所述的待测流体或者实验流体从该腔体组件的端口位置喷出，提高了操作人的安全系数。 

较佳的，所述腔体组件还包括一端与所述进入口相连通，另一端伸入所述腔体组件的内部并接近所述腔体组件的底壁的管线。该管线用来将通过射流泵 

较佳的，所述管线的内部具有运送所述待测流体进入所述腔体组件的内部的运送通道。该管线的内部具有运送通道，该运送通道用来运送通过射流泵泵送进该腔体组件中的待测流体。该腔体组件中若未设置该管线，则被射流泵泵送进腔体组件中的待测流体在一定流量的情况下，随着该待测流体的截面积逐渐增大，使得该待测流体的速度逐渐降低，从而对腔体组件的底壁无法进行冲击，进而无法测得该待测流体中的中空微珠的抗冲击能力。 

较佳的，所述管线的端部设置有喷头，所述喷头上设置有使得所述待测流体喷出至所述腔体组件的底壁上的喷射口。 

较佳的，所述喷射口的内径为所述运送通道的内径的0.08至0.5倍。当该待测流体从喷射口处喷射至腔体组件的底壁上时，因喷射口的内径为所述运送通道的内径的0.08至0.5倍，使得待测流体从喷射口处喷出时因具有较大的速度而具有较大的压力，从而作用在该腔体组件的底壁上的冲击力较大，进而，在冲击力较大的情况下，去测试该实验流体的成分所占该实验流体的比例会更加精确，从而实现对试该实验流体密度的测量，并将该实验流体的密度与待测流体的密度进行比较得出结论。 

较佳的，所述实验装置还包括测量所述待测流体的密度以及测量所述实验流体的密度的密度计。 

根据本实用新型，所述实验装置具有操作简单、安全性高的优点以及能够准 确测试出在高速喷射状态下，该待测流体中的中空微珠的抗冲击能力以及破碎率的优点。 

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。在图中： 

图1为本实用新型用于测试中空微珠抗冲击的实验装置的整体结构示意图。 

图2为本实用新型用于测试中空微珠抗冲击的实验装置的腔体组件的整体结构示意图。 

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。 

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。 

请参阅图1和图2，其分别为本实用新型用于测试中空微珠抗冲击的实验装置的整体结构示意图和本实用新型用于测试中空微珠抗冲击的实验装置的腔体组件的整体结构示意图。如图所示，所述实验装置包括腔体组件1、储液罐2以及集液灌3。 

如图2所示，腔体组件1包括腔体外盖11，该腔体外盖11设置在该腔体组件1的端口位置。在本申请的实施例中，该腔体外盖11为硬质合金钢制造而成。由于该硬质合金钢具有较好的耐冲击性以及耐腐蚀性，因此，使得该腔体外盖11的强度较强，能够较好地承受腔体组件1内部的恶劣环境。此外，该腔体外盖11的设置，能够有效地防止进入腔体组件1中的如下所述的待测流体或者实验流体从该腔体组件1的端口位置喷出，提高了操作人的安全系数。该腔体外盖11上设置有进入口111和排出口112。在一个优选的实施例中，该腔体组件1包括腔体外壳12，该腔体外壳12为高硬度材质的硬质合金制造而成，具有较好的耐冲击性和耐腐蚀性，能够较好地抵御井下的恶劣环境，从而延长了该腔体组件1的工作寿命。在一个优选的实施例中，该腔体组件1还包括管线13，该管线13的一端与进入口111相连通，另一端伸入该腔体组件1的内部并接近该腔体组件1的底壁121，比如可以距离该腔体组件1的底壁121为3厘米到5厘米。该管线13的内部具有运送通道131，该运送通道131用来运送通过如下所述的射流泵41 (见图1)泵送进该腔体组件1中的待测流体。前述将位于腔体组件1中的管线13的端部距离腔体组件1的底壁121为3厘米到5厘米，使得当如下所述的待测流体能够保持以在允许的范围内的最大速度去冲击腔体组件1的底壁121，这样测出的待测流体中的中空微珠的抗冲击能力会更加准确。 

如图2所示，在一个优选的实施例中，位于腔体组件1中的该管线13的端部设置有喷头14。该喷头14上设置有喷射口141，该喷射口141使得待测流体喷出至腔体组件1的底壁121上。该喷射口141的内径小于运送通道131的内径，该喷射口141的内径为运送通道131的内径的0.08至0.5倍。这样就使得在该待测流体的流量以及压强一定的情况下，流经运送通道131中的待测流体在流至喷射口141处时，由于该待测流体流经的截面积减小，使得该待测流体的速度增大。当该待测流体从喷射口141处喷射至腔体组件1的底壁121上时，因具有较大的速度而具有较大的压力，从而作用在该腔体组件1的底壁121上的冲击力较大，进而在冲击力较大的情况下，去测试该实验流体的成分所占该实验流体的比例会更加精确，从而实现对该实验流体密度的测量，并将该实验流体的密度与待测流体的密度进行比较得出结论。 

如图1所示，在本申请的实施例中，储液罐2用来存放待测流体，集液灌3用来收集实验流体。其中，储液罐2的端口设置有第一密封盖21，该第一密封盖21上设置有出液口22，该集液灌3的端口设置有第二密封盖31，该第二密封盖31上设置有进液口32。该待测流体主要由液体和中空微珠按照需求比例配置而成。其中，中空微珠为细小的颗粒，其直径较小为微米级，其内部为空腔结构并存有稀薄的气体，具有密度较低以及质量轻的优点。该待测流体用来模拟低密度的钻井液，并通过在该待测流体中配置适量的中空微珠，来达到减小该待测流体的密度的目的。该中空微珠在待测流体中充当了密度减轻剂。 

实验流体中的成分与待测流体中的成分相同，但实验流体中的中空微珠的比重可能会比待测流体中的中空微珠的比重大或者相同。若前者(即实验流体)中的中空微珠的比重比后者(即待测流体)的比重大，则表明后者中的中空微珠有破碎现象，该待测流体的密度会增大，该中空微珠的破碎能力强。若前者中的中空微珠的比重与后者相同，则表明后者中的中空微珠没有发生破碎的现象，该待测流体的密度未发生变化，该中空微珠的破碎能力弱，即抗冲击能力强。在本申请的实施例中上述第一密封盖21的设置，能够有效地防止存放在储液罐2中的 待测流体溢出到该储液罐2的外部，从而避免对操作人员造成伤害，这样就提高了操作人员的安全系数。该第二密封盖31的设置，其起到的作用与第一密封盖21起到的作用相同，为避免赘述，此处不再详述。 

如图1所示，所述实验装置还包括至少两个管路，分别为第一管路4和第二管路5。该第一管路4的一端与储液罐2的出液口22相连通，另一端与进入口111相连通。该第二管路5的一端与集液灌3的进液口32相连通，另一端与排出口112相连通。在一个优选的实施例中，第一管路4上设置有射流泵41，该射流泵41使得存放在储液罐2中的待测流体被泵送进入腔体组件1中。 

在一个优选的实施例中，在第一管路4上还设置有测量待测流体的压力的压力计42以及还设置有测量待测流体的流量的流量计43。该压力计42用来设定好测试前待测流体的压力，使操作者便于确定该压力是否满足高压条件。在该第一管路4上还设置有调节阀门44，该调节阀门44在开始测试前，能够调解待测流体的流量，并将该流量控制在符合要求的范围内。当测试结束后，通过该调节阀门44对该第一管路4中的待测流体进行切断。 

在本申请的实施例中，所述实验装置还包括密度计，该密度计用来测量待测流体的密度以及测量实验流体的密度，通过对比前后密度的差异，来判断该中空微球的破碎率，从而判断出该中空微球的抗冲击能力。 

所述实验装置模拟待测流体在5m/s到150m/s的速度下，待测流体中的中空微珠冲击井底岩石情况的具体测试过程为：配置好待测流体，即含有一定比例的中空微珠。配置好后，通过密度计对该待测流体进行密度测量，即测量该待测流体中的中空微珠所占整个待测流体的比例，并记录下该待测流体的密度值。在射流泵41的作用下，将含有中空微珠的待测流体喷送至腔体组件1中，并经由管线13中的运送通道131被喷送至腔体组件1的底壁121上。由于位于腔体组件1中的管线13的端部设置有喷头14，并在喷头上设置有喷射口141，且该喷射口141的内径为运送通道131内径的0.08至0.5倍。这样，该运送通道131中的待测流体在一定的流量的情况下，喷出喷射口141后，待测流体的喷出速度要大于在运送通道131中运送的速度，从而使得待测流体具有较大的压力，作用在腔体组件1的底壁121上的冲击力也较大。该待测流体完成冲击腔体组件1的底壁121后，转化成实验流体。该实验流体沿着第二管路5进入集液罐3中。通过密度计对该实验流体进行密度测量，即测量该实验流体中的中空微珠所占整个实验流体 的比例，并记录下该实验流体的密度值。 

通过将实验流体中的密度值与该待测流体中的密度值进行比较，若前者的密度值大于后者的密度值，则表明待测流体中的中空微珠在一定流量的情况下，从喷射口141中喷射到腔体组件1的底壁121上后，该中空微珠发生了破碎现象。从而说明该中空微珠的抗冲击能力较弱，破碎率较高，进而无法保证由该中空微珠配置成的钻井液的密度的稳定性。此外，若前者的密度值越大于后者的密度值，则表明该中空微珠的抗冲击能力越弱，越无法保证由该中空微珠配置成的钻井液的密度的稳定性。若前者的密度值与后者的密度值相同，则表明该待测流体中的中空微珠在一定流量的情况下，从喷射口141中喷射到腔体组件1的底壁121上后，该中空微珠未发生破碎现象。从而说明该中空微珠的抗冲击能力较强，破碎率较低甚至是趋近于零，进而能够保证由该中空微珠配置成的钻井液的密度的稳定性。测试结束后，对实验中的仪器进行清洗，完成整个实验。 

所述实验装置具有操作简单、安全性高的优点以及能够准确、方便地测试出在高速喷射状态下，该待测流体中的中空微珠的抗冲击能力以及破碎率的优点。 

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。 

Claims (9)

1.一种用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其特征在于，其包括： 

腔体组件，所述腔体组件的端口设置有具有进入口和排出口的腔体外盖； 

用于存放待测流体的储液罐； 

用于收集实验流体的集液灌； 

至少两个管路，第一管路的一端与所述储液罐的出液口相连通，另一端与所述进入口相连通；第二管路的一端与所述集液灌的进液口相连通，另一端与所述排出口相连通，所述第一管路上设置有泵送所述实验流体进入所述腔体组件内部的射流泵。 

2.根据权利要求1所述的用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其特征在于，所述第一管路上还设置有测量所述待测流体的压力的压力计以及还设置有测量所述待测流体的流量的流量计。 

3.根据权利要求2所述的用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其特征在于，所述第一管路上还设置有调节所述待测流体的流量的调节阀。 

4.根据权利要求2所述的用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其特征在于，所述腔体组件包括腔体外壳。 

5.根据权利要求4所述的用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其特征在于，所述腔体组件还包括一端与所述进入口相连通，另一端伸入所述腔体组件的内部并接近所述腔体组件的底壁的管线。 

6.根据权利要求5所述的用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其特征在于，所述管线的内部具有运送所述待测流体进入所述腔体组件的内部的运送通道。 

7.根据权利要求6所述的用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其特征在于，所述管线的端部设置有喷头，所述喷头上设置有使得所述待测流体喷出至所述腔体组件的底壁上的喷射口。 

8.根据权利要求7所述的用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其特征在于，所述喷射口的内径为所述运送通道的内径的0.08至0.5倍。 

9.根据权利要求1所述的用于测试中空微珠抗冲击的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括测量所述待测流体的密度以及测量所述实验流体的密度的密度计。