[发明专利]一种基于高压混合介质的射流破岩模拟实验装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于高压混合介质的射流破岩模拟实验装置及方法，所述装置包括用于对磨料及液态介质进行混合处理和加压处理，形成高压混合破岩流体的射流发生系统、用于夹持岩样及调控岩样相对于射流发生系统位置的岩样调控系统、用于将射流破岩能量隔离控制在安全空间的破岩防护装置、以及用于对作用于岩样后的磨料和液态介质进行回收循环处理的物料循环系统。采用上述装置，能够基于磨料和液体介质的混合高压射流实现破岩实验，克服了现有技术中实验泵压不足和试验结果失真的问题，能够适用于多种岩样，且设置有防护装置，避免了破岩冲击能量对人员和设备的影响，安全性更高，同时减少了落地的废料量，提升经济效益的同时避免了环保隐患。

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种深井基于高压混合介质的射流破岩模拟实验装置及方法。

背景技术

随着石油开采工作的开展，目前浅层油气藏资源的枯竭趋势日渐明显，油气生产受到后备储量严重不足的严峻挑战。基于此，在深部坚硬地层及复杂地质条件下寻找并开采油气资源已成为目前海陆油气勘探开发的重要工作。然而，随着钻井深度的不断加大，传统破岩钻井技术在深井和超深井硬地层钻井过程中的能量有效利用率越来越低，导致钻井速率和钻井效益下降，影响深部坚硬地层油气资源的勘探和开采，因此，研究适应深部地层的新型破岩方法已成为钻井工程领域的战略任务。

高压水射流钻井技术是新进发展起来的一种专门针对深部硬地层的高效钻井技术，它将一定流量的低压水流经高压泵后获得一定压力变为高压水，当该高压水到达喷嘴后，由喷嘴出口高速喷出，形成高压水射流，它是一种能量较为集中的流体运动现象，已经广泛地应用于石油、煤炭、机械等领域。大量国内外石油钻井工程事实表明，相比常规钻井技术，高压水射流具有独特优势；在相同地层、设备与工艺参数条件下，高压水射流钻井技术比钻井速度提高一倍以上，且可通过调节泵压与水功率，实现对钻井效率的相应控制。

综上所述，为了使高压水射流破岩技术在油气勘探工程中得到更好的应用，开展高压水射流破岩研究是十分必要的。然而，目前涉及高压水射流破岩的实验装置鲜少且实验形式单一，其中现有的高压射流装置或方法存在以下问题：1、主要依赖高压水射流破岩理论，而射流破岩实验装置搭建在室内环境内，由于实验中泵压较小，无法模拟现场高压水射流，压力模拟失真；2、破岩应用场景存在局限，无法适用于高硬度的岩石储层样本；3、破岩实验过程中对破岩介质水的消耗过大，原料成本过高；4、射流破岩实验现场缺乏安全防护。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于高压混合介质的射流破岩模拟实验装置及方法，在一个实施例中，所述装置包括：

分别与磨料库和液态介质箱连接的射流发生系统，其配置为对磨料及液态介质进行混合处理和加压处理，形成高压混合破岩流体经由射流输出结构作用于岩样；

岩样调控系统，其根据实验要求与所述射流发生系统相应设置，以接收形成的高压混合破岩流体，配置为夹持岩样及调控岩样相对于射流发生系统的位置；

破岩防护装置，其设置于所述射流输出结构和岩样的外部，将射流破岩能量隔离控制在安全空间；

物料循环系统，其输入端连接岩样调控系统，输出端连接磨料库和液态介质箱，配置为对作用于岩样后的磨料和液态介质进行回收循环处理。

优选地，一个实施例中，所述射流发生系统包括介质混合结构，用于对收到的磨料和液态介质进行充分混合；

所述磨料库经混砂车与所述介质混合结构连接，其中，磨料库与混砂车之间通过高压管线连接，所述磨料库的出口设置第一节流阀，以调节磨料的给料速度；

所述液态介质箱经高压泵车与介质混合结构连接，其中，液态介质箱与高压泵车之间通过高压管线连接，所述液态介质箱的输出端设置过滤网和第二节流阀，管线上依次设置第一控制阀和单向阀。

进一步地，所述高压泵车和混砂车均通过高压管线与所述介质混合结构连接；