一种后混合泡沫磨料射流破岩实验系统及实验方法与流程

1.本发明属于射流破岩实验系统技术领域，具体涉及一种后混合泡沫磨料射流破岩实验系统及实验方法。


背景技术：

2.水平井多级压裂技术成为目前非常规油气田开采的主要方式之一，但是当前非常规油气田多级压裂出现易漏问题，需要用泡沫压裂代替水力压裂技术，泡沫压裂与常规压裂施工相比因其地层伤害小、滤失低、入井液体少、返排迅速及携砂能力强等优点成为了目前非常规油气田储层改造的有效新型手段,另一方面,在严峻的环保形势下,泡沫压裂单井入井液、返排液量少等特点也为压裂返排液处理难题提供了一种解决办法。然而目前泡沫磨料射流对不同岩性的破坏机理尚不明确，并且缺乏参数设置依据，因此，本发明提供一种后混合泡沫磨料射流实验系统，该实验系统设计合理，能够实现泡沫纯射流对破岩性能的影响、泡沫质量对破岩效果的影响以及泡沫磨料射流破岩效果测试等不同物性参数、结构参数和操作参数下泡沫射流对破岩性能影响的实验研究。


技术实现要素：

3.为了实现对泡沫磨料射流过程中参数的获取，便于对不同岩性的破岩机理进行研究，本发明提供一种后混合泡沫磨料射流实验系统，该实验系统设计合理，能够对不同操作参数、物性参数以及结构参数下的泡沫射流破岩特性进行研究。
4.一种后混合泡沫磨料射流破岩实验系统，所述实验系统包括依次连接的泡沫制备装置、泡沫增压装置和泡沫磨料射流产生装置，所述泡沫增压装置包括油箱、油泵、第二单向阀、比例溢流阀、电磁换向阀、增压缸、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀和第六单向阀，所述油箱出油端与油泵的进油端相连，油泵的出油端与第二单向阀进油端相连,第二单向阀出油端分别连接比例溢流阀的进油端与电磁换向阀，比例溢流阀的出油端分别连接电磁换向阀和邮箱的进油端，电磁换向阀两个接出端分别与增压缸左右侧高压腔体相连，所述泡沫制备装置制备的泡沫通过高压管路分两路经增压缸与泡沫磨料射流产生装置，一路为泡沫通过高压胶管依次经第三单向阀、增压缸的左侧高压腔体、第四单向阀后与泡沫磨料射流产生装置，另一路为泡沫通过高压胶管依次经第六单向阀、增压缸的右侧高压腔体、第五单向阀后与泡沫磨料射流产生装置，泡沫与磨料在泡沫磨料射流产生装置中混合后喷出。
5.进一步地，所述泡沫制备装置包括溶液池、第一柱塞泵、闸阀、压力表、起泡剂池、加药泵、泡沫产生装置、加热装置、储气罐、第一单向阀、减压阀、流量计、低温换热系统和第二柱塞泵；溶液池的出液端与第一柱塞泵的进液端相连，第一柱塞泵的出液端连接闸阀与压力表，起泡剂池出液端与加药泵的进液端相连，所述储气罐、第一单向阀、减压阀、流量计、低温换热系统和第二柱塞泵依次连接，压力表出液端、加药泵出液端和第二柱塞泵出液端与泡沫产生装置进液端相连，泡沫产生装置产生的泡沫经加热装置加热后与通过高压管
路进入到泡沫增压装置中。
6.进一步地，所述磨料泡沫射流产生装置包括蓄能器、射流阀、供砂装置、供砂阀和喷嘴；泡沫增压装置输出的承压泡沫进入蓄能器，蓄能器出液端与射流阀进液端相连，射流阀出液端与喷嘴进液端相连，供砂装置出砂端与供砂阀进砂端相连，供砂阀出砂端与喷嘴进砂端相连。
7.进一步地，泡沫增压装置的泡沫增压方式为，当电磁换向阀左电磁铁得电时，油泵产生的压力油进入增压缸左侧高压腔体并推动增压缸内的活塞体右行，增压缸右侧高压腔体内的泡沫被持续压缩，达到一定压力时通过第五单向阀进入蓄能器，右侧高压腔体被压缩的同时，左侧高压腔体的容积不断增大，低压泡沫经左侧第三单向阀流入增压缸左侧高压腔体内，当活塞右行至行程终点时，压力油进入增压缸右侧高压腔体，并将活塞体和柱塞杆向左推，左侧高压腔体中的泡沫经第四单向阀进入蓄能器，右侧高压腔体经第六单向阀同步补入低压泡沫，如此循环往复，形成稳定的高压泡沫。
8.一种后混合泡沫磨料射流破岩实验系统的实验方法，所述实验方法包括以下步骤：
9.步骤1：准备实验材料，所述实验材料包括装满气体的储气罐、蒸馏水、化学药品、稠化剂、交联剂、花岗岩和高压胶管；
10.步骤2：实验管路连接，将泡沫制备装置、泡沫增压装置、泡沫磨料射流产生装置通过高压管依次连接，实验前将泡沫制备装置的减压阀置于半开状态，保证放喷管线通畅，检查管线的气密性，打开泡沫制备装置中的泡沫产生装置并将减压阀调整到合适的出口压力，打开泡沫增压装置，调节射流阀；
11.步骤3：测试泡沫质量对破岩效果的影响：调节减压阀大小用来控制气体流量从而产生不同质量的泡沫射流，用来测试不同泡沫质量下的泡沫纯射流和泡沫磨料射流对破岩效果的影响；
12.步骤4：泡沫纯射流破岩效果测试：关闭泡沫磨料射流产生装置的供砂阀，调节泡沫磨料射流产生装置的射流阀至不同的位置用于产生不同的泡沫射流速度，来测试不同泡沫射流出口速度下的泡沫纯射流对破岩效果的影响。
13.步骤5：泡沫磨料射流破岩效果测试：调节泡沫磨料射流产生装置的射流阀至合适位置产生稳定的泡沫流体，打开泡沫磨料射流产生装置的供砂阀并调节供砂阀大小，测试磨料在不同体积分数下的磨料泡沫射流对破岩效果的影响。
14.进一步地，所述化学药品为nacl、kcl、mgcl2、cacl215.有益效果，本发明的实验系统设计合理，能够实现泡沫纯射流对破岩性能的影响、泡沫质量对破岩效果的影响以及泡沫磨料射流破岩效果测试等不同物性参数、结构参数和操作参数下泡沫射流对破岩性能影响的实验研究。
附图说明
16.图1为本发明后混合泡沫磨料射流破岩实验系统结构框图。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明
进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.如图1所示，本发明的后混合泡沫磨料射流破岩实验系统，包括用于泡沫制备的泡沫制备装置、用于增压的泡沫增压装置以及用于形成射流的磨料泡沫射流产生装置；
19.所述泡沫制备装置，包括溶液池1、第一柱塞泵2、闸阀3、压力表4、起泡剂池5、加药泵6、泡沫产生装置7、加热装置8、储气罐9、第一单向阀10、减压阀11、流量计12、低温换热系统13、第二柱塞泵14；溶液池1的出液端与第一柱塞泵2的进液端相连，第一柱塞泵2的出液端连接闸阀3与压力表4，起泡剂池5出液端与加药泵6进液端相连，储气罐9的出液端与第一单向阀10进液端相连，第一单向阀10出液端与减压阀11进液端相连，减压阀11出液端与流量计12进液端相连，流量计12出液端与低温换热系统13进液端相连，低温换热系统13出液端第二柱塞泵14的进液端相连，压力表4出液端、加药泵6出液端和第二柱塞泵14出液端与泡沫产生装置7进液端相连，泡沫产生装置7进液端与加热装置8进液端相连；
20.所述泡沫增压装置，包括油箱15、油泵16、第二单向阀17、比例溢流阀18、电磁换向阀19、增压缸20、第三单向阀21、第四单向阀22、第五单向阀23、第六单向阀24；油箱15出油端与油泵16的进油端相连，油泵16的出油端与第二单向阀17进油端相连，第二单向阀17出油端分别连接比例溢流阀18的进油端与电磁换向阀19，电磁换向阀19与增压缸20进出油端相连，增压缸20进出液端分别与第三单向阀21、第四单向阀22、第五单向阀23、第六单向阀24相连；
21.所述磨料泡沫射流产生装置，包括蓄能器25、射流阀26、供砂装置27、供砂阀28、喷嘴29；蓄能器25出液端与射流阀26进液端相连，射流阀26出液端与喷嘴29进液端相连，供砂装置28出砂端与供砂阀28进砂端相连，供砂阀28出砂端与喷嘴29进砂端相连。
22.本发明的系统在使用时：
23.泡沫制备装置主要为系统提供泡沫流体，具体的实现方式如下所述：第一柱塞泵2与加药泵6分别将溶液池1中的压裂液和起泡剂池中的起泡剂泵入泡沫产生装置7，储气罐中的气体通过第一单向阀10经减压阀11进入到低温换热系统13，第二柱塞泵将低温换热系统13中的气体泵入泡沫产生装置7，使得压裂液、起泡剂及气体充分混合形成泡沫。产生的泡沫经加热装置8加热后通过高压管路进入到泡沫增压装置中。
24.泡沫增压装置主要提高泡沫压力，具体的实现方式如下所述：当电磁换向阀19左电磁铁得电时，油泵16产生的压力油进入增压缸20左端油腔，并推动活塞体右行，增压缸20右侧腔内的泡沫持续压缩，达到一定压力时推动右侧第五单向阀23进入蓄能器25。同时，左侧高压腔体的容积不断增大，低压泡沫经左侧第三单向阀21流入增压缸20左侧高压腔内。当活塞右行至行程终点时，压力油进入增压缸20右侧油腔，并将活塞体和柱塞杆向左推，左侧高压腔中的泡沫经第四单向阀22进入蓄能器25，右侧高压腔经第六单向阀24同步补入低压泡沫，如此循环往复，形成稳定的高压泡沫。
25.磨料泡沫射流产生装置主要产生持续稳定的高压泡沫磨料射流，具体的实现方式如下所述：经增压装置产生的高压泡沫通过高压管路储存到蓄能器25中，通过调节射流阀26进入到喷嘴29内部产生稳定的纯泡沫射流，通过调节供砂阀28将供砂装置中的磨料均匀加到喷嘴29中，纯泡沫与磨料在喷嘴内加速后喷出形成稳定的高压泡沫磨料射流。
26.本发明公开的后混合泡沫磨料射流破岩实验方法，包括以下步骤：
27.步骤1：准备实验材料，装满气体的储气罐，蒸馏水，化学药品(nacl，kcl，mgcl2，cacl2)，稠化剂，交联剂等添加剂，花岗岩等实验材料；
28.步骤2：实验管路连接，将泡沫产生装置、泡沫增压装置、射流产生装置通过高压管连接，连接压力表等仪器，实验前将减压阀11置于半开状态，保证放喷管线通畅，检查管线的气密性，打开泡沫产生装置并将减压阀调整到合适的出口压力，打开泡沫增压装置，调节射流阀；
29.步骤3：泡沫质量对破岩效果的影响，调节减压阀大小用来控制气体流量从而产生不同质量的泡沫射流，用来测试不同泡沫质量下的泡沫纯射流和泡沫磨料射流对破岩效果的影响；
30.步骤4：泡沫纯射流破岩效果测试，关闭供砂阀，调节射流阀至不同的位置用于产生不同的泡沫射流速度，用来测试不同出口速度下的泡沫射流对破岩效果的影响。
31.步骤5：泡沫磨料射流破岩效果测试，调节射流阀至合适位置用于产生稳定的泡沫流体，打开供砂阀并调节供砂阀大小，测试不同体积分数下的磨料泡沫射流对破岩效果的影响。
32.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。