[发明专利]模拟投球滑套冲蚀磨损的实验装置

说明书

技术领域

本发明是关于一种用于模拟水平井多级压裂作业工况下投球滑套冲蚀磨损情况的实验装置，尤其涉及一种能够可视化观察、调节冲蚀环境温度的一种模拟投球滑套冲蚀磨损的实验装置。

背景技术

水力喷砂压裂是保证页岩气产量的一项重要技术，它是指采油或采气过程中利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。油气层压裂工艺过程是用压裂车把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂(如：石英砂等)充填进裂缝提高油气层的渗透能力，以增加注水量(注水井)或产油量(油井)。通过水力压裂改造可以提高勘探含油气评价、增加可采储量、油气井增产、水井增注、调整层间矛盾、改善产油、吸水剖面、提高采收率等。

为了页岩气压裂效率的提高，高压力、长周期、高沙比浓度是压裂作业中一个有效的措施，但同时也对井下水力喷砂工具造成冲蚀磨损，更严重的会造成压裂过程中座封失效。深井、超深井压裂过程中座封失效是比较常见的作业事故。

在水力压裂过程中，平均压裂压力可达60多MPa，地底处于高温环境，平均砂浆比浓度将近20％(体积比)，而且工作周期一般是8～15天，再这样的工况下，对井下水力喷砂工具尤其对滑套球座的冲蚀磨损十分严重，座封失效、滑套开启失败事故时有发生。

因此，急需一种能够模拟并且可以直观观察压裂作业中压裂支撑剂对投球滑套冲蚀磨损情况的实验装置，为防止滑套球座座封失效研究提供可靠、有效的数据及理论支持。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种模拟投球滑套冲蚀磨损的实验装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟投球滑套冲蚀磨损的实验装置，能够有效的模拟和观察处于现实工况下投球滑套的冲蚀磨损情况。

本发明的另一目的在于提供一种模拟投球滑套冲蚀磨损的实验装置，能够调控砂浆流速和温度，以真实地模拟现出工况环境。

本发明的又一目的在于提供一种模拟投球滑套冲蚀磨损的实验装置，采用可调冲蚀距离的夹具，以得到真实的冲蚀磨损数据。

本发明的再一目的在于提供一种模拟投球滑套冲蚀磨损的实验装置，实验装置稳定可靠，可以满足多种工况下实验的需求，实验结果准确贴合实际。

本发明的目的是这样实现的，一种模拟投球滑套冲蚀磨损的实验装置，所述实验装置包括砂浆加热混合装置、砂浆循环系统、动力系统、可视化试件冲蚀室、数据处理系统；所述砂浆加热混合装置包括一具有中空夹层的桶体，桶体的夹层中设有导热介质，导热介质通过一电加热器加热；所述桶体内装设有砂浆并设有砂浆进口和砂浆出口，桶体内还设有搅拌棒和温度传感器；

所述砂浆循环系统包括有泥浆泵，泥浆泵与桶体的砂浆出口之间连接有砂浆流出管路，泥浆泵与桶体的砂浆进口之间连接有砂浆泵入管路；

所述可视化试件冲蚀室为一密封容器，该容器一侧面板由透明有机玻璃构成；该容器侧壁设有第一透孔，该容器底部设有第二透孔；所述第一透孔中密封设有一转换接头，该转换接头内侧固定连接一投球滑套夹具，该投球滑套夹具中能移动地固定有投球滑套试样；所述可视化试件冲蚀室连通设置在砂浆泵入管路中，转换接头外侧与泥浆泵之间构成第一泵入管路，第二透孔与桶体的砂浆进口之间构成第二泵入管路；

所述动力系统包括有与泥浆泵连接的变频调速电机；

所述数据处理系统包括采集和处理数据的计算机。

在本发明的一较佳实施方式中，所述密封容器底部呈漏斗状，所述第二透孔设置在漏斗底部。

在本发明的一较佳实施方式中，所述投球滑套试样为一贯通的圆柱体，该投球滑套试样一端设有与贯通孔连通的圆弧形凹槽；所述投球滑套夹具为一端开口的套筒，套筒的封闭端设有一与转换接头内侧固定连接的连接孔，该连接孔直径小于套筒内径，套筒内径与投球滑套试样的外径相同，两者构成间隙配合，所述套筒的筒壁上设有贯通筒壁的紧定螺钉孔，由紧定螺钉将投球滑套试样固定在投球滑套夹具中。

在本发明的一较佳实施方式中，所述套筒的筒壁上沿套筒轴向间隔设置多组紧定螺钉孔；所述套筒的筒壁中设有一能贯通套筒两端的标尺容置槽，所述标尺容置槽与套筒内部连通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述密封容器为一立方体结构，底部形成漏斗状；顶部为一能拆卸的顶盖。

在本发明的一较佳实施方式中，所述变频调速电机通过联轴器与泥浆泵连接；该变频调速电机与一矢量变频器电连接。