喷射式流固耦合冲蚀实验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种喷射式流固耦合冲蚀实验装置，包括：喷射室、储液桶，驱动泵、第一喷嘴、第二喷嘴、变频器、试样夹持器和电化学测量电极；第二喷嘴、试样夹持器和电化学测量电极容置在喷射室中；喷射室的底部通过收集管道与储液桶连通；驱动泵的入口与储液桶的底部连通，驱动泵的出口通过第一管道与第一喷嘴的输入端连通，第一喷嘴的输入端位于喷射室的上方；第一管道上设置有流量计；变频器与驱动泵的控制端连接；第二喷嘴的输入端与第一喷嘴的输出端连通，试样夹持器用于对试样进行加持固定并且置于所述第二喷嘴的下方，电化学测量电极设置在试样夹持器上。该实验装置不仅能够实现高流速与高砂比作业，而且还能够实现电化学的实时测量。
【专利说明】
喷射式流固耦合冲蚀实验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种喷射式流固耦合冲蚀实验装置，属于冲蚀实验设备技术领域。
【背景技术】
[0002]喷射式流固耦合冲蚀实验装置用于模拟油田酸化、压裂时流体对石油完井设备材料的冲蚀腐蚀的交互作用。当介质含有溶解氧、酸以及氯根等腐蚀性介质以及固相颗粒(压裂时的支撑剂或者砂子)时，大排量高砂比压裂液会对管柱造成严重的冲刷腐蚀。冲刷磨损是纯力学因素引起的，而腐蚀一般是化学和电化学因素引起的，两者之间存在交互作用。
[0003]现有的喷射式冲蚀实验装置多处于探索阶段或者功能较为单一，大多不能实现高流速和高砂比作业，而且不能实现实时测量，因此现有的喷射式冲蚀实验装置在使用上显然仍存在有不便与缺陷而亟待加以进一步改进。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种喷射式流固耦合冲蚀实验装置，该实验装置不仅能够实现高流速与高砂比作业，而且还能够实现电化学实时测量。
[0005]本实用新型提供一种喷射式流固耦合冲蚀实验装置，包括:
[0006]喷射室、储液桶，驱动栗、第一喷嘴、第二喷嘴、变频器、试样夹持器和电化学测量电极，其中，所述第二喷嘴、试样夹持器和电化学测量电极容置在所述喷射室中；
[0007]所述喷射室的底部通过收集管道与所述储液桶连通；
[0008]所述驱动栗的入口与所述储液桶的底部连通，所述驱动栗的出口通过第一管道与所述第一喷嘴的输入端连通，所述第一喷嘴的输入端位于所述喷射室的上方;所述第一管道上设置有流量计；
[0009]所述变频器与所述驱动栗的控制端连接；
[0010]所述第二喷嘴的输入端与所述第一喷嘴的输出端连通，所述试样夹持器用于对试样进行加持固定并且置于所述第二喷嘴的下方，所述电化学测量电极设置在所述试样夹持器上。
[0011]在一实施方式中，所述第一管道通过第二管道与所述储液桶的上部连通，所述第二管路上设置有止回阀。
[0012]在一实施方式中，所述第一喷嘴通过通过软管与所述第一管道连接。
[0013]在一实施方式中，所述电化学测量电极包括工作电极、参比电极和标准电极。
[0014]在一实施方式中，所述工作电极与所述试样通过导线焊接;所述参比电极为饱和甘汞电极，所述参比电极的毛细管头与所述试样不接触;所述标准电极为标准铂电极，所述标准电极外部设置有保护套。
[0015]在一实施方式中，还包括角度调整装置，所述角度调整装置与所述试样夹持器连接，用于转动所述试样夹持器以调整所述试样夹持器与所述第二喷嘴轴线间的夹角。
[0016]在一实施方式中，所述角度调整装置为水平设置的旋转杆，所述试样夹持器固定于所述旋转杆上，所述旋转杆的至少一端伸出所述喷射室。
[0017]在一实施方式中，所述旋转杆伸出喷射室的一端的端部固定一指针，所述指针与所述试样夹持器的夹持平面垂直，所述喷射室的外壁面上具有角度刻度。
[0018]在一实施方式中，所述第二喷嘴的输入端与所述第一喷嘴的输出端通过法兰连通。
[0019]在一实施方式中，还包括数据接收与分析设备，所述数据接收与分析设备包括化学工作站、电脑主机和显示器；
[0020]所述化学工作站与所述电化学测量电极电连接，所述电脑主机与所述化学工作站连接，所述显示器与所述电脑主机连接。
[0021]本实用新型的实施，至少包括如下有益效果:
[0022]本实用新型的实验装置工作时在储液桶中加入一定量的液体和固相颗粒形成固、液混合流体，固、液混合流体在驱动栗的驱动下，直接进入第一管道循环流动，保证喷嘴以一定速度持续喷射冲击试样表面，电化学测量电极会实时采集试样表面上的电极电位，以便将采集的数据进行分析从而能够模拟出试样在整个冲击过程中的变化。
[0023]本实用新型的实验装置能够精确控制冲蚀流体流速、冲蚀角度、固相颗粒含量等参数，因此能够模拟出多种条件下的油井管柱冲蚀行为，使实验结果更加真实可靠，能够实现对复杂服役环境的实验室模拟和服役材料性能的有效评估，对于该类服役环境下材料的涉及开发和可靠性评估具有重要的意义。
[0024]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置的装置示意图；
[0026]图2为本实用新型喷射式流固耦合冲蚀实验装置的喷射室内的原理示意图；
[0027]图3为本实用新型喷射式流固耦合冲蚀实验装置另一实施例的装置示意图。
【具体实施方式】
[0028]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0029]本实用新型实施例的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0030]图1为本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置的装置示意图，图2为本实用新型喷射式流固耦合冲蚀实验装置的喷射室内的原理示意图，请参考图1和图2。本实用新型提供一种喷射式流固耦合冲蚀实验装置，包括:
[0031]喷射室1、储液桶2，驱动栗3、第一喷嘴4、第二喷嘴5、变频器6、试样夹持器7和电化学测量电极，其中，第二喷嘴5、试样夹持器7和电化学测量电极容置在喷射室I中；
[0032]喷射室I的底部通过收集管道8与储液桶2连通；
[0033]驱动栗3的入口与储液桶2的底部连通，驱动栗3的出口通过第一管道9与第一喷嘴4的输入端连通，第一喷嘴4的输入端位于喷射室I的上方;第一管道9上设置有流量计10;
[0034]变频器6与驱动栗3的控制端连接；
[0035]第二喷嘴5的输入端与第一喷嘴4的输出端连通，试样夹持器7用于对试样进行加持固定并且置于第二喷嘴5的下方，电化学测量电极设置在试样夹持器7上。
[0036]本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置在使用前，可以先模拟实际流体或者压裂液配制一定量的液固混合流体，并将该液固混合流体加入储液桶2中，随后启动驱动栗3，驱动栗3会将液固混合流体从储液桶2中抽出，被抽出的液固混合流体会顺着第一管道9进入第一喷嘴4，随后从第一喷嘴4输出进入与第一喷嘴4连通的第二喷嘴5中，并从第二喷嘴5中喷出，喷出的液固混合流体会以一定的流速持续喷射至位于第二喷嘴5下方的被试样夹持器固定的试样表面上，由于试样表面被冲击后试样变薄其电阻会发生变化，电化学测量电极会采集监测到的电位变化并最终输出，从而完成了对油井管柱等材料的冲蚀行为的模拟。由于喷射室I和储液桶2连通，因此，当液固混合流体在喷射室对试样进行冲击后会通过收集管道8向下流入储液桶2中，继续在驱动栗3的作用下循环使用。
[0037]在本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置使用过程中，首先，可以通过对液固混合流体的配制控制其中的固相颗粒含量，从而能够真实的模拟出实际油井管中输送流体的固相颗粒含量参数。其次，在固混合流体输送过程中可以观察设置在第一管道9上的流量计10，通过流量计10的反馈可以调节与驱动栗3连接的变频器6，从而控制驱动栗3的驱动频率使液固混合流体按照设计流速进行输送并对试样进行冲击。最后，电化学测量电极能够实时监测出试样的电位变化，从而真实反映出了油井管柱等材料的实时腐蚀状况，因此本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置能够通过多参数的控制，真实有效的模拟出多种条件下的油井管柱冲蚀行为。
[0038]具体地，在使用过程中，第一喷嘴4可以采用渐缩段喷嘴，驱动栗3可以采用砂浆栗，砂浆栗是一种悬臂式单级单吸离心栗，具有优异的耐磨性。耐冲击性、抗蠕变性和极好的耐腐蚀性。
[0039]为了能够更好地放置本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置，请参考图1，本实用新型的实验装置还包括一实验台11，该实验台包括底座111和台面112，可以将喷射室I置于台面112上，将储液桶2置于台面112下方，并且优选的还可以在实验台11上设置一与其固定连接的支撑架12，第一喷嘴4通过连接件与支撑架12连接，该设置能够避免当液固混合流体以高流速从第一喷嘴4进入第二喷嘴5时有可能发生的实验装置的晃动情况。同时，为了便于收集实验所需仪器以及试样等，可以在底座111上设置多个储物柜以及抽屉。
[0040]进一步地，第一管道9通过第二管道13与储液桶2的上部连通，第二管路13上设置有止回阀14。
[0041]请参考图1，上述第二管道的设置相当于为液固混合流体提供了另外一条从储液桶2到第一管道9的通道，通过打开止回阀14，可以在不影响第一喷嘴4正常工作的前提下实现大范围的流量调节，并且还可以起到搅拌的作用，解决液固混合流体中固相颗粒的悬浮控制问题。
[0042]进一步地，第一喷嘴4通过通过软管与第一管道9连接。
[0043]为了在实验过程中实现对冲蚀距离的可控性，可以将第一喷嘴4通过通过软管与第一管道9连接，这样当需要调整冲蚀距离时，可以将第一喷嘴4在软管内上下移动，从而实现第二喷嘴5与试样距离，即喷射距离的可调性。
[0044]进一步地，电化学测量电极包括工作电极、参比电极和标准电极；
[0045]工作电极与试样通过导线焊接;参比电极为饱和甘汞电极，参比电极的毛细管头与试样不接触;标准电极为标准铂电极，标准电极外部设置有保护套。
[0046]三个电极的组合能够精确的监测到试样表面因为冲蚀所引起的电位变化，从而可以通过将监测到的数据进行分析，模拟出试样在一定的冲蚀条件下所发生的变化。
[0047]进一步地，还包括角度调整装置，角度调整装置与试样夹持器7连接，用于转动试样夹持器7以调整试样夹持器7与第二喷嘴5轴线间的夹角。
[0048]请参考图2，角度调整装置可以转动试样夹持器7从而调整试样夹持器7与第二喷嘴5的轴线的夹角α，该夹角即为冲蚀角度。该角度调整装置能够在O?90°范围内调整试样夹持器7与第二喷嘴5的轴线间的夹角，根据需要随时实现冲蚀角度α的调整。因此，本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置还能够根据实际情况对冲蚀角度进行模拟，更加客观的反映出了油井管柱等的真实的冲蚀行为。
[0049]本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置并不限制角度调整装置的具体形状，角度调整装置介意采用多种形式，只要能带动试样夹持器7转动，实现冲蚀角度α的调整即可。
[0050]在一实施例中，角度调整装置为水平设置的旋转杆，试样夹持器7固定于旋转杆上，旋转杆的至少一端伸出喷射室I。
[0051]在具体进行冲蚀角度α的调整时，只需要对旋转杆伸出喷射室I的一端进行旋转操作，即可通过旋转杆带动试样夹持器7转动，从而调整冲蚀角度α。
[0052]进一步地，旋转杆伸出喷射室I的一端的端部固定一指针，指针与试样夹持器7的夹持平面垂直，喷射室I的外壁面上具有角度刻度。这样，通过指针对应的角度刻度，即可以清楚的知道试样夹持器7的角度，同时便于对冲蚀角度α的真实模拟。
[0053]请参考图2，在使用本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置时，将液固两相流体按照一定比例混合制成流固混合流体后放置在储液桶中2中，搅拌备用。喷射室I内设有调节样品冲蚀角度的角度调整装置，角度调整装置与放置电化学测量电极的试样夹持器7连接，通过角度调整装置可随时在O?90°范围内调整并读出冲蚀角度α，由驱动栗3栗入第一管道9中的高速液固混合流体15在第二喷嘴5处高速喷出，冲蚀试样，采用流量计10测量液固混合流体的流速，变频器6控制驱动栗3的功率调节流量。同时，第一喷嘴4通过软管连接第一管路9，这样第一喷嘴4可以上下调整，从而使第二喷嘴5到试样的距离可根据需要调整，在实验过程中可以实现对冲蚀距离L的控制。
[0054]进一步地，第二喷嘴5的输入端与第一喷嘴4的输出端通过法兰连通。法兰的连接方式便于根据需要更换不同型号的第二喷嘴5。
[0055]图3为本实用新型喷射式流固耦合冲蚀实验装置另一实施例的装置示意图，请参考图3，该实施例中的喷射式流固耦合冲蚀实验装置还包括数据接收与分析设备，数据接收与分析设备包括化学工作站16、电脑主机17和显示器18;
[0050]化学工作站16与电化学测量电极电连接，电脑主机17与化学工作站16连接，显示器18与电脑主机17连接。
[0057]该数据接收与分析设备能够对电化学测量电极监测到的数据进行存储以及分析，从而通过电化学测量电极所监测到的电极电位的变化而反应出油井管柱等的真实冲蚀情况。
[0058]本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置能够通过控制冲蚀流体的流速、冲蚀角度、冲蚀距离以及固相颗粒含量等参数，高效真实的模拟出油田酸化、压裂时流体对石油完井设备材料的冲蚀腐蚀作用，实现了现有装置无法实现的高流速与高砂比作业环境，并且能够通过电化学测量完成对冲蚀模拟实验的实时监测，因此本实用新型的喷射式流固耦合冲蚀实验装置能够实现对复杂服役环境的实验室模拟和服役材料性能的有效评估，对于该类服役环境下材料的涉及开发和可靠性评估具有重要的意义。
[0059]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种喷射式流固耦合冲蚀实验装置，其特征在于，包括: 喷射室、储液桶，驱动栗、第一喷嘴、第二喷嘴、变频器、试样夹持器和电化学测量电极，其中，所述第二喷嘴、试样夹持器和电化学测量电极容置在所述喷射室中； 所述喷射室的底部通过收集管道与所述储液桶连通； 所述驱动栗的入口与所述储液桶的底部连通，所述驱动栗的出口通过第一管道与所述第一喷嘴的输入端连通，所述第一喷嘴的输入端位于所述喷射室的上方;所述第一管道上设置有流量计； 所述变频器与所述驱动栗的控制端连接； 所述第二喷嘴的输入端与所述第一喷嘴的输出端连通，所述试样夹持器用于对试样进行加持固定并且置于所述第二喷嘴的下方，所述电化学测量电极设置在所述试样夹持器上。2.根据权利要求1所述的喷射式流固耦合冲蚀实验装置，其特征在于，所述第一管道通过第二管道与所述储液桶的上部连通，所述第二管路上设置有止回阀。3.根据权利要求1所述的喷射式流固耦合冲蚀实验装置，其特征在于，所述第一喷嘴通过通过软管与所述第一管道连接。4.根据权利要求1所述的喷射式流固耦合冲蚀实验装置，其特征在于，所述电化学测量电极包括工作电极、参比电极和标准电极。5.根据权利要求4所述的喷射式流固耦合冲蚀实验装置，其特征在于，所述工作电极与所述试样通过导线焊接;所述参比电极为饱和甘汞电极，所述参比电极的毛细管头与所述试样不接触;所述标准电极为标准铂电极，所述标准电极外部设置有保护套。6.根据权利要求1所述的喷射式流固耦合冲蚀实验装置，其特征在于，还包括角度调整装置，所述角度调整装置与所述试样夹持器连接，用于转动所述试样夹持器以调整所述试样夹持器与所述第二喷嘴轴线间的夹角。7.根据权利要求6所述的喷射式流固耦合冲蚀实验装置，其特征在于，所述角度调整装置为水平设置的旋转杆，所述试样夹持器固定于所述旋转杆上，所述旋转杆的至少一端伸出所述喷射室。8.根据权利要求7所述的喷射式流固耦合冲蚀实验装置，其特征在于，所述旋转杆伸出喷射室的一端的端部固定一指针，所述指针与所述试样夹持器的夹持平面垂直，所述喷射室的外壁面上具有角度刻度。9.根据权利要求1所述的喷射式流固耦合冲蚀实验装置，其特征在于，所述第二喷嘴的输入端与所述第一喷嘴的输出端通过法兰连通。10.根据权利要求1所述的喷射式流固耦合冲蚀实验装置，其特征在于，还包括数据接收与分析设备，所述数据接收与分析设备包括化学工作站、电脑主机和显示器； 所述化学工作站与所述电化学测量电极电连接，所述电脑主机与所述化学工作站连接，所述显示器与所述电脑主机连接。
【文档编号】G01N17/02GK205643122SQ201620247217
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】张福祥, 杨向同, 季晓红, 袁学芳, 刘洪涛, 窦益华, 曹银萍, 刘举, 冯学谦, 何剑锋, 陈学佩, 周黎霞
【申请人】中国石油天然气股份有限公司