一种清洗便捷可视化组合式恒温颗粒沉降实验装置

技术领域

本申请涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种清洗便捷可视化组合式恒温颗粒沉降实验装置。

背景技术

颗粒沉降现象在各种工程实际中普遍存在的，尤其是石油与天然气开发领域中，颗粒沉降规律的正确认识往往对于工程的成败起着至关重要的作用。比如在水力压裂改造中，为了形成有效的高导流能力裂缝系统，需要将一定浓度的支撑剂顺利输送到裂缝系统并铺置在预定的理想位置上，铺置状态直接影响裂缝的有效导流能力及整个压裂施工的有效性。支撑剂在压裂过程中和压后裂缝闭合过程中的悬浮状况及沉降特性，不仅影响到压裂施工过程中压裂液的有效携砂、施工过程中砂液比的提高等，而且影响支撑剂在裂缝系统中的铺置及最终分布情况、裂缝系统的支撑效率及压后裂缝导流能力的有效性。又如在水平井砾石充填中，充填过程分为两个过程：α充填阶段以及β充填阶段。α充填即水平井筒底部的“平衡堤”正向充填。砾石砂浆进入水平井筒后，部分砾石颗粒在环空底部沉积，沉积床前沿不断向前推进，如果充填过程中沉积砂床还没有达到水平段末端，砂床顶部便接触到井筒上壁便会造成充填效率低，导致达不到理想的防砂效果，从而施工失败。而单颗粒及颗粒群的自由沉降是研究支撑剂(防砂颗粒)在垂直井筒中流动、在水平井筒中沉降、在裂缝中输送沉降的基础，只有正确认识了颗粒及颗粒群的自由沉降规律，对于情况更加实际工程问题的分析及规律研究才更有意义，分析结果才能更精确。

目前用于颗粒沉降的实验装置，普遍存在如下问题：

①没有考虑沉降通道形状影响：现有装置沉降通道全部是单一圆筒状，且长度直径均固定不可变；②没有考虑壁面效应的影响：现有装置未将初始沉降位置定量化，主观性强。如颗粒从中心处开始沉降的场景中，多通过人为感觉及观察中心位置，极易造成人为误差。③没有考虑倾斜角度效应的影响：现有装置多为垂直与地面，固定不可动装置；④无法记录颗粒沉降轨迹：现有装置仅仅记录下降时间，无法进行颗粒沉降轨迹规律的研究；⑤装置清洗难度高：现有装置均为一体式装置，因装置沉降通道较小，当液体为胶液或其他高分子溶液时，装置难以清洗干净；

针对上述装置所存在的问题，设计了一种清洗便捷可视化组合式恒温颗粒沉降实验装置，该装置至少可用于颗粒自由沉降速度规律、沉降轨迹研究以及携砂液的悬砂性能研究。

发明内容

本发明针对现有装置所忽略的问题，提供一种清洗便捷可视化组合式恒温颗粒沉降实验装置。该装置可以有效的考虑沉降通道形状影响，根据每一次实验需求选择不同形状不同尺寸的沉降通道进行组合；可以准确进行壁面效应的影响实验，最大程度减少人为误差；可以模拟不同倾斜角度下的颗粒沉降；可以记录颗粒沉降轨迹以及沉降时间，并且可反复观察沉降过程；可拆卸装置，实验完毕后便于清洗。

清洗便捷可视化组合式恒温颗粒沉降实验装置部件组成特征，主要包括：

承载系统，包括固定不可动坐地外支架和可旋转内支架。

主沉降系统，包括上部和下部半固定可旋转沉降桶、中间多组可拆卸组合沉降桶、上方盖板；所述可旋转沉降桶通过螺纹连接在承载内支架上，可旋转可拆卸。

颗粒轨迹捕捉及计时系统，包括相互垂直的两部高清摄像仪器。

所述的承载系统内、外支架由耐腐蚀、坚固材料组成，其中外支架接地不可动，内支架悬于外支架内部且可旋转，在内支架四周标有刻度。内外支架底部有可伸缩角度测量仪器连接，内支架最大旋转角度为90°，且内支架旋转后可固定。

所述主沉降系统中半固定可旋转沉降桶和可拆卸组合沉降为一体化两层结构，且每一级可拆卸组合沉降桶内外层间的上下两端固定位置有四个过水间隔，上部半固定可旋转沉降桶的下端和下部半固定可旋转沉降桶上端固定位置有四个过水间隔。

所述主沉降系统中上下半固定可旋转沉降桶部分由螺纹结构连接于内支架上，且连接在内支架上的部分为可上下滑动结构，即上下可旋转沉降桶相对距离可变。

所述上方半固定可旋转沉降桶外层上端连接水浴循环流体入口，其内层上端连接实验流体入口；下方半固定可旋转沉降桶外层下端连接水浴循环流体出口，其内层下端连接实验流体出口。下方半固定可旋转沉降桶内层下端连接实验出口处放置过滤网，其直径略大于出口直径，过滤网材质为耐酸碱腐蚀耐高温金属材料制成。

所述的主沉降系统中，中间可拆卸组合沉降桶外径相同，每一级内层沉降桶形状根据需要自由组合；各级可拆卸组合沉降桶之间以及其与上下半固定可旋转沉降桶之间均由螺纹连接，每一级螺纹连接处放置透明硅胶环进行密封。可拆卸组合沉降桶组合级数最少为一级，最多为四级，每一级可拆卸组合沉降桶长度一致。

所述主沉降系统的半固定可旋转沉降桶、可拆卸组合沉降桶及上方盖板均由耐腐蚀、耐高温透明聚乙烯制成。

所述主沉降系统中，上方盖板为活动的固定位置上有定位孔眼的平板，外径略大于上方半固定可旋转沉降桶。

所述颗粒轨迹捕捉及计时系统，由两部高清摄影仪组成。两摄影仪由支架承载固定不可动，成垂直状摆放，拍摄范围包括内支架以及沉降桶。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

该装置有效的考虑了沉降通道形状影响，根据每一次实验需求选择不同形状不同尺寸的沉降通道进行组合，一组实验中可以得到不同长度、不同直径、不同形状下的颗粒沉降速度，省时省材；可以准确进行壁面效应的影响实验，最大程度减少人为误差，提高实验的精确性；可以模拟不同倾斜角度下的颗粒沉降；可以记录颗粒沉降轨迹以及沉降时间，分析颗粒的沉降轨迹的规律，并且可反复查看沉降过程；该装置由多个可拆卸部件组合而成装置，实验完毕后便于清理颗粒物及清洗沉降桶。

附图说明

图1是本发明完整装置主视示意图。

图2是本发明承载支架与半固定可旋转沉降桶主视示意图。

图3a是本发明可拆卸组合沉降桶构造1主视示意图。

图3b是本发明可拆卸组合沉降桶构造1俯视示意图。

图4是本发明可拆卸组合沉降桶构造2俯视示意图。

图5是本发明可拆卸组合沉降桶构造3俯视示意图。

图6a是本发明上方盖板主视示意图。

图6b是本发明上方盖板俯视示意图。

以上附图各标记说明：

1、外支架；2内支架；3、盖板；4、实验流体入口；5、水浴流体入口；6、上方半固定可旋转沉降桶；7、滑动结构；8、连接杆；9、可拆卸组合沉降桶；10、过滤网；11、可伸缩角度测量仪；12、接地支架；13、支架连接结构；14、下方半固定可旋转沉降桶；15、水浴流体出口；16、实验流体出口；17、颗粒轨迹捕捉及计时系统；18、透明硅胶密封环；19、沉降桶外层；20、水浴流体通道；21、沉降桶内层；22、实际沉降通道；23、沉降桶上方螺纹结构；24、沉降桶下方螺纹结构；25、过水间隔；26、定位孔眼。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明完整装置主视示意图。外支架1通过接地支架固定在地面，内支架2通过支架连接结构13悬于外支架1中间，并且支架连接结构13可带动内支架2旋转，最大角度为90°，外支架1与内支架2的下方放置可伸缩角度测量仪器11。连接杆8与滑动结构7通过螺纹连接将上方半固定可旋转沉降桶6固定在内支架2上，上方半固定可旋转沉降桶6的外层19连接水浴流体入口5，内层21连接实验流体入口4。下方半固定可旋转沉降桶14同样以连接杆8与滑动结构7通过螺纹连接的方式连接于内支架2，下方半固定可旋转沉降桶14的外层19连接水浴流体出口15，沉降桶内层21连接实验流体出口16。将可拆卸组合沉降桶9组装好后，上下分别连接上方半固定可旋转沉降桶6和下方半固定可旋转沉降桶14。颗粒轨迹捕捉及计时系统17成垂直状放置，分别放置在主沉降系统的正右方与正后方。

图2是本发明承载外支架1、内支架2、上方半固定可旋转沉降桶6与下方半固定可旋转沉降桶14主视示意图。该示意图展现了上方半固定可旋转沉降桶6与下方半固定可旋转沉降桶14的结构，并且能直观简洁的展示承载外支架1、内支架2、上方半固定可旋转沉降桶6与下方半固定可旋转沉降桶14之间的连接关系。

图3a是本发明可拆卸组合沉降桶构造1主视示意图。其中，可拆卸组合沉降桶9与上方半固定可旋转沉降桶6、可拆卸组合沉降桶9与下方半固定可旋转沉降桶14、可拆卸组合沉降桶9与可拆卸组合沉降桶9之间通过螺纹连接时均有透明硅胶密封环18防止装置渗漏。沉降桶外层19与沉降桶内层21之间形成环形空间为水浴流体通道20，实验时保证实际沉降通道22中的实验流体温度恒定。沉降桶上方螺纹结构23和沉降桶下方螺纹结构24用于沉降桶之间的连接。

图3b是本发明可拆卸组合沉降桶构造1俯视示意图。在沉降桶上方螺纹结构23和沉降桶下方螺纹结构24外与沉降桶外层19之间的位置留有过水间隔25。

图4是本发明可拆卸组合沉降桶构造2俯视示意图。

图5是本发明可拆卸组合沉降桶构造3俯视示意图。

可拆卸组合沉降桶的内层21可以有不同的形状及大小。图3、图4与图5仅为部分实例的展示，不一定限制在圆形、正方形、三角形等形状中。因此，不能以任何方式理解为对本发明的运用细节的限制。本行业技术人员可能基于本发明构想任意可能的实施例，都应属于本发明的保护范围。

图6a是本发明上方盖板主视示意图。图6b是本发明上方盖板俯视示意图。在盖板3上留有定位颗粒沉降初始位置的定位孔眼26。

图3b中过水间隔25的形状不一定限制为图3b中所示，数量不一定限制为四个。

图6b中定位孔眼26数量不一定限制为五个，也可以为其他任意数量。

因此，应当这样理解，以上实施例描述只是为了更加清楚的了解本发明，仅用于解释本发明，不限于实施例的任何细节。本行业技术人员可能基于本发明构想任意可能的实施例，这些都应属于本发明的保护范围。