噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，包括：噴射室、儲液桶，驅動泵、第一噴嘴、第二噴嘴、變頻器、試樣夾持器和電化學測量電極；第二噴嘴、試樣夾持器和電化學測量電極容置在噴射室中；噴射室的底部通過收集管道與儲液桶連通；驅動泵的入口與儲液桶的底部連通，驅動泵的出口通過第一管道與第一噴嘴的輸入端連通，第一噴嘴的輸入端位于噴射室的上方；第一管道上設置有流量計；變頻器與驅動泵的控制端連接；第二噴嘴的輸入端與第一噴嘴的輸出端連通，試樣夾持器用于對試樣進行加持固定并且置于所述第二噴嘴的下方，電化學測量電極設置在試樣夾持器上。該實驗裝置不僅能夠實現高流速與高砂比作業，而且還能夠實現電化學的實時測量。
【專利說明】
噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，屬于沖蝕實驗設備技術領域。
【背景技術】
[0002]噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置用于模擬油田酸化、壓裂時流體對石油完井設備材料的沖蝕腐蝕的交互作用。當介質含有溶解氧、酸以及氯根等腐蝕性介質以及固相顆粒(壓裂時的支撐劑或者砂子)時，大排量高砂比壓裂液會對管柱造成嚴重的沖刷腐蝕。沖刷磨損是純力學因素引起的，而腐蝕一般是化學和電化學因素引起的，兩者之間存在交互作用。
[0003]現有的噴射式沖蝕實驗裝置多處于探索階段或者功能較為單一，大多不能實現高流速和高砂比作業，而且不能實現實時測量，因此現有的噴射式沖蝕實驗裝置在使用上顯然仍存在有不便與缺陷而亟待加以進一步改進。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型提供一種噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，該實驗裝置不僅能夠實現高流速與高砂比作業，而且還能夠實現電化學實時測量。
[0005]本實用新型提供一種噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，包括:
[0006]噴射室、儲液桶，驅動栗、第一噴嘴、第二噴嘴、變頻器、試樣夾持器和電化學測量電極，其中，所述第二噴嘴、試樣夾持器和電化學測量電極容置在所述噴射室中；
[0007]所述噴射室的底部通過收集管道與所述儲液桶連通；
[0008]所述驅動栗的入口與所述儲液桶的底部連通，所述驅動栗的出口通過第一管道與所述第一噴嘴的輸入端連通，所述第一噴嘴的輸入端位于所述噴射室的上方;所述第一管道上設置有流量計；
[0009]所述變頻器與所述驅動栗的控制端連接；
[0010]所述第二噴嘴的輸入端與所述第一噴嘴的輸出端連通，所述試樣夾持器用于對試樣進行加持固定并且置于所述第二噴嘴的下方，所述電化學測量電極設置在所述試樣夾持器上。
[0011]在一實施方式中，所述第一管道通過第二管道與所述儲液桶的上部連通，所述第二管路上設置有止回閥。
[0012]在一實施方式中，所述第一噴嘴通過通過軟管與所述第一管道連接。
[0013]在一實施方式中，所述電化學測量電極包括工作電極、參比電極和標準電極。
[0014]在一實施方式中，所述工作電極與所述試樣通過導線焊接;所述參比電極為飽和甘汞電極，所述參比電極的毛細管頭與所述試樣不接觸;所述標準電極為標準鉑電極，所述標準電極外部設置有保護套。
[0015]在一實施方式中，還包括角度調整裝置，所述角度調整裝置與所述試樣夾持器連接，用于轉動所述試樣夾持器以調整所述試樣夾持器與所述第二噴嘴軸線間的夾角。
[0016]在一實施方式中，所述角度調整裝置為水平設置的旋轉桿，所述試樣夾持器固定于所述旋轉桿上，所述旋轉桿的至少一端伸出所述噴射室。
[0017]在一實施方式中，所述旋轉桿伸出噴射室的一端的端部固定一指針，所述指針與所述試樣夾持器的夾持平面垂直，所述噴射室的外壁面上具有角度刻度。
[0018]在一實施方式中，所述第二噴嘴的輸入端與所述第一噴嘴的輸出端通過法蘭連通。
[0019]在一實施方式中，還包括數據接收與分析設備，所述數據接收與分析設備包括化學工作站、電腦主機和顯示器；
[0020]所述化學工作站與所述電化學測量電極電連接，所述電腦主機與所述化學工作站連接，所述顯示器與所述電腦主機連接。
[0021]本實用新型的實施，至少包括如下有益效果:
[0022]本實用新型的實驗裝置工作時在儲液桶中加入一定量的液體和固相顆粒形成固、液混合流體，固、液混合流體在驅動栗的驅動下，直接進入第一管道循環流動，保證噴嘴以一定速度持續噴射沖擊試樣表面，電化學測量電極會實時采集試樣表面上的電極電位，以便將采集的數據進行分析從而能夠模擬出試樣在整個沖擊過程中的變化。
[0023]本實用新型的實驗裝置能夠精確控制沖蝕流體流速、沖蝕角度、固相顆粒含量等參數，因此能夠模擬出多種條件下的油井管柱沖蝕行為，使實驗結果更加真實可靠，能夠實現對復雜服役環境的實驗室模擬和服役材料性能的有效評估，對于該類服役環境下材料的涉及開發和可靠性評估具有重要的意義。
[0024]上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置的裝置示意圖；
[0026]圖2為本實用新型噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置的噴射室內的原理示意圖；
[0027]圖3為本實用新型噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置另一實施例的裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0029]本實用新型實施例的說明書和權利要求書中的術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
[0030]圖1為本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置的裝置示意圖，圖2為本實用新型噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置的噴射室內的原理示意圖，請參考圖1和圖2。本實用新型提供一種噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，包括:
[0031]噴射室1、儲液桶2，驅動栗3、第一噴嘴4、第二噴嘴5、變頻器6、試樣夾持器7和電化學測量電極，其中，第二噴嘴5、試樣夾持器7和電化學測量電極容置在噴射室I中；
[0032]噴射室I的底部通過收集管道8與儲液桶2連通；
[0033]驅動栗3的入口與儲液桶2的底部連通，驅動栗3的出口通過第一管道9與第一噴嘴4的輸入端連通，第一噴嘴4的輸入端位于噴射室I的上方;第一管道9上設置有流量計10;
[0034]變頻器6與驅動栗3的控制端連接；
[0035]第二噴嘴5的輸入端與第一噴嘴4的輸出端連通，試樣夾持器7用于對試樣進行加持固定并且置于第二噴嘴5的下方，電化學測量電極設置在試樣夾持器7上。
[0036]本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置在使用前，可以先模擬實際流體或者壓裂液配制一定量的液固混合流體，并將該液固混合流體加入儲液桶2中，隨后啟動驅動栗3，驅動栗3會將液固混合流體從儲液桶2中抽出，被抽出的液固混合流體會順著第一管道9進入第一噴嘴4，隨后從第一噴嘴4輸出進入與第一噴嘴4連通的第二噴嘴5中，并從第二噴嘴5中噴出，噴出的液固混合流體會以一定的流速持續噴射至位于第二噴嘴5下方的被試樣夾持器固定的試樣表面上，由于試樣表面被沖擊后試樣變薄其電阻會發生變化，電化學測量電極會采集監測到的電位變化并最終輸出，從而完成了對油井管柱等材料的沖蝕行為的模擬。由于噴射室I和儲液桶2連通，因此，當液固混合流體在噴射室對試樣進行沖擊后會通過收集管道8向下流入儲液桶2中，繼續在驅動栗3的作用下循環使用。
[0037]在本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置使用過程中，首先，可以通過對液固混合流體的配制控制其中的固相顆粒含量，從而能夠真實的模擬出實際油井管中輸送流體的固相顆粒含量參數。其次，在固混合流體輸送過程中可以觀察設置在第一管道9上的流量計10，通過流量計10的反饋可以調節與驅動栗3連接的變頻器6，從而控制驅動栗3的驅動頻率使液固混合流體按照設計流速進行輸送并對試樣進行沖擊。最后，電化學測量電極能夠實時監測出試樣的電位變化，從而真實反映出了油井管柱等材料的實時腐蝕狀況，因此本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置能夠通過多參數的控制，真實有效的模擬出多種條件下的油井管柱沖蝕行為。
[0038]具體地，在使用過程中，第一噴嘴4可以采用漸縮段噴嘴，驅動栗3可以采用砂漿栗，砂漿栗是一種懸臂式單級單吸離心栗，具有優異的耐磨性。耐沖擊性、抗蠕變性和極好的耐腐蝕性。
[0039]為了能夠更好地放置本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，請參考圖1，本實用新型的實驗裝置還包括一實驗臺11，該實驗臺包括底座111和臺面112，可以將噴射室I置于臺面112上，將儲液桶2置于臺面112下方，并且優選的還可以在實驗臺11上設置一與其固定連接的支撐架12，第一噴嘴4通過連接件與支撐架12連接，該設置能夠避免當液固混合流體以高流速從第一噴嘴4進入第二噴嘴5時有可能發生的實驗裝置的晃動情況。同時，為了便于收集實驗所需儀器以及試樣等，可以在底座111上設置多個儲物柜以及抽屜。
[0040]進一步地，第一管道9通過第二管道13與儲液桶2的上部連通，第二管路13上設置有止回閥14。
[0041]請參考圖1，上述第二管道的設置相當于為液固混合流體提供了另外一條從儲液桶2到第一管道9的通道，通過打開止回閥14，可以在不影響第一噴嘴4正常工作的前提下實現大范圍的流量調節，并且還可以起到攪拌的作用，解決液固混合流體中固相顆粒的懸浮控制問題。
[0042]進一步地，第一噴嘴4通過通過軟管與第一管道9連接。
[0043]為了在實驗過程中實現對沖蝕距離的可控性，可以將第一噴嘴4通過通過軟管與第一管道9連接，這樣當需要調整沖蝕距離時，可以將第一噴嘴4在軟管內上下移動，從而實現第二噴嘴5與試樣距離，即噴射距離的可調性。
[0044]進一步地，電化學測量電極包括工作電極、參比電極和標準電極；
[0045]工作電極與試樣通過導線焊接;參比電極為飽和甘汞電極，參比電極的毛細管頭與試樣不接觸;標準電極為標準鉑電極，標準電極外部設置有保護套。
[0046]三個電極的組合能夠精確的監測到試樣表面因為沖蝕所引起的電位變化，從而可以通過將監測到的數據進行分析，模擬出試樣在一定的沖蝕條件下所發生的變化。
[0047]進一步地，還包括角度調整裝置，角度調整裝置與試樣夾持器7連接，用于轉動試樣夾持器7以調整試樣夾持器7與第二噴嘴5軸線間的夾角。
[0048]請參考圖2，角度調整裝置可以轉動試樣夾持器7從而調整試樣夾持器7與第二噴嘴5的軸線的夾角α，該夾角即為沖蝕角度。該角度調整裝置能夠在O?90°范圍內調整試樣夾持器7與第二噴嘴5的軸線間的夾角，根據需要隨時實現沖蝕角度α的調整。因此，本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置還能夠根據實際情況對沖蝕角度進行模擬，更加客觀的反映出了油井管柱等的真實的沖蝕行為。
[0049]本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置并不限制角度調整裝置的具體形狀，角度調整裝置介意采用多種形式，只要能帶動試樣夾持器7轉動，實現沖蝕角度α的調整即可。
[0050]在一實施例中，角度調整裝置為水平設置的旋轉桿，試樣夾持器7固定于旋轉桿上，旋轉桿的至少一端伸出噴射室I。
[0051]在具體進行沖蝕角度α的調整時，只需要對旋轉桿伸出噴射室I的一端進行旋轉操作，即可通過旋轉桿帶動試樣夾持器7轉動，從而調整沖蝕角度α。
[0052]進一步地，旋轉桿伸出噴射室I的一端的端部固定一指針，指針與試樣夾持器7的夾持平面垂直，噴射室I的外壁面上具有角度刻度。這樣，通過指針對應的角度刻度，即可以清楚的知道試樣夾持器7的角度，同時便于對沖蝕角度α的真實模擬。
[0053]請參考圖2，在使用本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置時，將液固兩相流體按照一定比例混合制成流固混合流體后放置在儲液桶中2中，攪拌備用。噴射室I內設有調節樣品沖蝕角度的角度調整裝置，角度調整裝置與放置電化學測量電極的試樣夾持器7連接，通過角度調整裝置可隨時在O?90°范圍內調整并讀出沖蝕角度α，由驅動栗3栗入第一管道9中的高速液固混合流體15在第二噴嘴5處高速噴出，沖蝕試樣，采用流量計10測量液固混合流體的流速，變頻器6控制驅動栗3的功率調節流量。同時，第一噴嘴4通過軟管連接第一管路9，這樣第一噴嘴4可以上下調整，從而使第二噴嘴5到試樣的距離可根據需要調整，在實驗過程中可以實現對沖蝕距離L的控制。
[0054]進一步地，第二噴嘴5的輸入端與第一噴嘴4的輸出端通過法蘭連通。法蘭的連接方式便于根據需要更換不同型號的第二噴嘴5。
[0055]圖3為本實用新型噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置另一實施例的裝置示意圖，請參考圖3，該實施例中的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置還包括數據接收與分析設備，數據接收與分析設備包括化學工作站16、電腦主機17和顯示器18;
[0050]化學工作站16與電化學測量電極電連接，電腦主機17與化學工作站16連接，顯示器18與電腦主機17連接。
[0057]該數據接收與分析設備能夠對電化學測量電極監測到的數據進行存儲以及分析，從而通過電化學測量電極所監測到的電極電位的變化而反應出油井管柱等的真實沖蝕情況。
[0058]本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置能夠通過控制沖蝕流體的流速、沖蝕角度、沖蝕距離以及固相顆粒含量等參數，高效真實的模擬出油田酸化、壓裂時流體對石油完井設備材料的沖蝕腐蝕作用，實現了現有裝置無法實現的高流速與高砂比作業環境，并且能夠通過電化學測量完成對沖蝕模擬實驗的實時監測，因此本實用新型的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置能夠實現對復雜服役環境的實驗室模擬和服役材料性能的有效評估，對于該類服役環境下材料的涉及開發和可靠性評估具有重要的意義。
[0059]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，其特征在于，包括: 噴射室、儲液桶，驅動栗、第一噴嘴、第二噴嘴、變頻器、試樣夾持器和電化學測量電極，其中，所述第二噴嘴、試樣夾持器和電化學測量電極容置在所述噴射室中； 所述噴射室的底部通過收集管道與所述儲液桶連通； 所述驅動栗的入口與所述儲液桶的底部連通，所述驅動栗的出口通過第一管道與所述第一噴嘴的輸入端連通，所述第一噴嘴的輸入端位于所述噴射室的上方;所述第一管道上設置有流量計； 所述變頻器與所述驅動栗的控制端連接； 所述第二噴嘴的輸入端與所述第一噴嘴的輸出端連通，所述試樣夾持器用于對試樣進行加持固定并且置于所述第二噴嘴的下方，所述電化學測量電極設置在所述試樣夾持器上。2.根據權利要求1所述的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，其特征在于，所述第一管道通過第二管道與所述儲液桶的上部連通，所述第二管路上設置有止回閥。3.根據權利要求1所述的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，其特征在于，所述第一噴嘴通過通過軟管與所述第一管道連接。4.根據權利要求1所述的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，其特征在于，所述電化學測量電極包括工作電極、參比電極和標準電極。5.根據權利要求4所述的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，其特征在于，所述工作電極與所述試樣通過導線焊接;所述參比電極為飽和甘汞電極，所述參比電極的毛細管頭與所述試樣不接觸;所述標準電極為標準鉑電極，所述標準電極外部設置有保護套。6.根據權利要求1所述的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，其特征在于，還包括角度調整裝置，所述角度調整裝置與所述試樣夾持器連接，用于轉動所述試樣夾持器以調整所述試樣夾持器與所述第二噴嘴軸線間的夾角。7.根據權利要求6所述的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，其特征在于，所述角度調整裝置為水平設置的旋轉桿，所述試樣夾持器固定于所述旋轉桿上，所述旋轉桿的至少一端伸出所述噴射室。8.根據權利要求7所述的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，其特征在于，所述旋轉桿伸出噴射室的一端的端部固定一指針，所述指針與所述試樣夾持器的夾持平面垂直，所述噴射室的外壁面上具有角度刻度。9.根據權利要求1所述的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，其特征在于，所述第二噴嘴的輸入端與所述第一噴嘴的輸出端通過法蘭連通。10.根據權利要求1所述的噴射式流固耦合沖蝕實驗裝置，其特征在于，還包括數據接收與分析設備，所述數據接收與分析設備包括化學工作站、電腦主機和顯示器； 所述化學工作站與所述電化學測量電極電連接，所述電腦主機與所述化學工作站連接，所述顯示器與所述電腦主機連接。
【文檔編號】G01N17/02GK205643122SQ201620247217
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】張福祥, 楊向同, 季曉紅, 袁學芳, 劉洪濤, 竇益華, 曹銀萍, 劉舉, 馮學謙, 何劍鋒, 陳學佩, 周黎霞
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司