圆缺形截面可视渗流模拟装置的制作方法

本发明涉及油气田开发技术领域，特别是涉及一种圆缺形截面可视渗流模拟装置。

背景技术：

流体通过多孔介质的流动称为渗流。多孔介质是指由固体骨架和相互连通的孔隙、裂缝或各种类型毛细管所组成的材料。渗流力学就是研究流体在多孔介质中运动规律的科学，是流体力学的一个重要分支。渗流力学的实验研究方法包括小直径岩样驱替实验、宏观全岩心驱替实验、核磁共振渗流实验、现场原位实验、填砂模型驱替实验、微观渗流实验等。其中填砂模型驱替实验可以克服空间难题，在实验室内模拟几米乃至几十米长的流体渗流通道，通过达西定律研究流体的渗流机理。随着研究手段的不断深入，研究人员开始将微观渗流实验与填砂模型驱替实验结合起来进行渗流机理研究，这就需要在常规的填砂模型驱替流程的管道上设置可视窗或可视管段进行观察采集图样，以便了解流体之间的混相或多相流动规律。

现阶段的可视管道流程从最开始的在流程出口端或中间部位开设可视窗逐渐发展成开设可视管段，而可视管段的长度有长有短，长的甚至出现了全程可视的长可视管装置，渗流机理的研究手段越加广泛。

现有的可视管道存在一些缺陷和不足，如下：

①现用于研究渗流机理的可视管段多采用360°圆周管道全可视或者在管道表面上开设可视窗，采集到的图像是管道上的一个弧面。因此在管道内填砂，再将流体在管道内通过，观察到的仅仅是管道内表面的流体渗流机理，并没有观察到管道内部的流体渗流机理。

②现有的可视管段或者可视窗结构一般耐温耐压性能不强，当温度或压力升高时，密封结构将会发生变形，严重的甚至使得可视管段或可视窗发生碎裂，无法模拟高温高压的地层条件。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种便于观察流体内部渗流机理、耐高温、耐高压、密封效果好、结构简单、成本低的圆缺形截面可视渗流模拟装置。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，包括底座、开设在所述底座内的圆缺形管道、连接在所述底座上的盖板，所述底座上开设有固定槽，所述固定槽内连接有透视块，所述透视块盖设在所述圆缺形管道的缺口处，所述透视块与所述固定槽的接触间隙内依次套设有托环、密封圈、推环；所述底座上开设有取样口，所述盖板上开设有视窗，所述盖板盖设在所述透视块上。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，其中所述底座与所述盖板之间连接有垫片。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，其中所述底座上连接有温度传感器。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，其中所述底座上连接有压力传感器。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，其中所述压力传感器内设有滤芯。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，其中所述透视块选用石英玻璃。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，其中所述透视块设为长圆形结构。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，其中所述盖板进行淬火处理。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，其中所述底座与所述盖板通过连接螺钉固定。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，其中所述密封圈设为全氟醚密封圈。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置与现有技术不同之处在于：本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，底座内设有圆缺形管道，圆缺形管道上设有透视块，透视块封盖在圆缺形管道上，通过透视块能直接观察圆缺形管道内的流体的流动状态，观察管道内平面流动状态；

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置的优点在于：

1、将圆缺形管道截面切割成圆缺形结构，透过石英玻璃的透视块便可以观察到内部流体的平面流动情况，而非管壁的弧面流动情况；

2、承压能力高，透视块和底座之间采用周边密封形式，盖板材料经过淬火处理，同时盖板与底座之间垫有垫片，最大程度地减少盖板变形引起的石英玻璃变形而碎裂；

3、选材都是耐高温、高压材料，能够进行高温、高压试验；

4、安装方便，安装时先将透视块轻放在底座的固定槽上，再依次放置托环+密封圈+推环的密封组合，最后放置垫片和盖板，通过7组螺钉将盖板和底座进行加紧密封。

下面结合附图对本发明的圆缺形截面可视渗流模拟装置作进一步说明。

附图说明

图1为本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置的整体结构示意图；

图2为本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置中的图1中a-a剖视结构示意图；

图3为本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置中的图1中b-b剖视结构示意图；

图4为本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置的底座内部件爆炸结构示意图。

附图标注：1、温度传感器；2、底座；3、透视块；4、托环；5、密封圈；6、推环；7、垫片；8、盖板；9、视窗；10、取样口；11、滤芯；12、压力传感器；13、流入管道；14、流出管道；15、圆缺形管道。

具体实施方式

结合图1-图3所示，本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，包括底座2、开设在底座2内的圆缺形管道15、连接在底座2上的盖板8，底座2上开设有固定槽，固定槽内连接有透视块3，将圆缺形管道15截面切割成圆缺形结构，透视块3盖设在圆缺形管道15的缺口处，透过透视块3便可以观察到内部流体的平面流动情况，而非管壁的弧面流动情况，解决了传统的观察管道弧形曲面处流体流动状态的缺陷，能够更直观地观察到管道内平面的流体流动状态，使模拟结果更接近实际中流体流动状态。

透视块3与固定槽的接触间隙内依次套设有托环4、密封圈5、推环6；透视块3与底座2的密封方式采用周边密封形式，在透视块3的周边套上托环4+密封圈5+推环6组合，结构简单紧凑；托环4和推环6均选用聚四氟乙烯材料，聚四氟乙烯的化学稳定性好，抗腐蚀，适用于多种流体，耐高温、耐高压能力强；密封圈5设为全氟醚密封圈，耐化学性、耐热性好，均质性好、表面无渗透，提升密封性能。透视块3选用石英玻璃材料，硬度大、可达莫氏七级，具有耐高温、膨胀系数低、耐热震性、化学稳定性和电绝缘性能良好，尤其石英玻璃的光学性能非常优异，便于观察。透视块3设为长圆形结构，长圆形结构的两端为弧形曲面，便于对接缝处进行密封，透视块3的长度大，便于观察整个底座2内的流体的流动状态。

底座2上开设有取样口10，便于采集管路内流体，随时对流体中的成分进行分析检测，对应分析其流动状态。盖板8上开设有视窗9，盖板8盖设在透视块3上，通过视窗9直接透过透视块3观察圆缺形管路内流体的流动状态，方便观察，还对透视块3进行封闭隔离，防止外界环境干扰圆缺形管路内的流体。透视块3上套设的密封件为聚四氟乙烯托环+全氟醚密封圈+聚四氟乙烯推环的组合，在150℃、45mpa高温高压环境内不会发生形状改变。

底座2上连接有温度传感器1，底座2上连接有压力传感器12，实时观测管道内流体的温度和压力，防止温度或压力过高而发生危险，同时检测流体温度和压力，便于对流体的流动状态进行统计分析。压力传感器12内设有滤芯11，滤芯11对管道内的流体进行过滤，防止管道内的填充物流向压力传感器12而污染压力传感器12，增长压力传感器12的使用寿命。

盖板8进行淬火处理，使其硬度达到峰值，底座2与盖板8之间连接有垫片7，最大程度地减少盖板8变形引起的透视块3变形或碎裂。

底座2与盖板8通过连接螺钉固定，连接螺钉将盖板8和底座2进行加压密封，同时垫设垫片7，防止流体泄漏；底座2和盖板8上共设有七组并排设置的连接螺钉，连接螺钉沿底座2和盖板8的长度方向依次排列，连接螺钉的组数不限于七组，可以根据仪器尺寸和耐压要求进行调节；每组连接螺钉至少包括两个，每组连接螺钉在底座2和盖板8的宽度方向上并排设置。

底座2的两端分别连接有流入管道13和流出管道14，流入管道13和流出管道14均与底座2焊接固定，焊接结构耐压能力强、耐高温能力好，结构稳定，使用寿命长。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，使用前，在流入管道13、圆缺形管道15、流出管道14内均填充多孔介质，用于模拟地层多孔介质；试验过程，向流入管道13内通入流体，流体流入圆缺形管道15，流体流动过程通过透视块3便可以清晰观察，观察到的为圆缺形管道15的剖切平面的流体流动状态，而非传统的管壁弧面的流体流动状态，明显优化的观察效果，有利于获得更好的模拟数据，提升试验精度；最后，流体沿流出管道14流出仪器，完成试验过程。

结合图4所示，本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置，底座2内零部件安装顺序：

1、将流入管道13、流出管道14分别焊接在底座2的两侧，流入管道13和流出管道14均与圆缺形管路连通；将压力传感器12、温度传感器1均连接在底座2上；

2、将透视块3轻放在底座2的固定槽上，再依次向透视块3上套设托环4+密封圈5+推环6的密封组合，最后放置垫片7和盖板8，通过7组螺钉将盖板8和底座2进行加紧密封，

3、将装置的其他管路连接起来组成整个实验流程。

本发明圆缺形截面可视渗流模拟装置的优点在于：

1、将圆缺形管道15截面切割成圆缺形结构，透过石英玻璃的透视块3便可以观察到内部流体的平面流动情况，而非管壁的弧面流动情况；

2、承压能力高，透视块3和底座2之间采用周边密封形式，盖板8材料经过淬火处理，同时盖板8与底座2之间垫有垫片7，最大程度地减少盖板8变形引起的石英玻璃变形而碎裂；

3、选材都是耐高温、高压材料，能够进行高温、高压试验；

4、安装方便，安装时先将透视块3轻放在底座2的固定槽上，再依次放置托环4+密封圈5+推环6的密封组合，最后放置垫片7和盖板8，通过7组螺钉将盖板8和底座2进行加紧密封。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。