[发明专利]冲蚀磨损实验设备

说明书

本发明涉及油气资源开发领域，公开了一种冲蚀磨损实验设备，包括模拟冲蚀单元、试件冲蚀单元以及流体供应单元，模拟冲蚀单元包括实验管线，设置为采用实验管线模拟实际管线冲蚀，以确定实验管线的失效点以及失效点处的冲蚀参数；试件冲蚀单元包括夹持施力模块和冲蚀模块，夹持施力模块用于夹持试件并沿试件的两垂直轴向分别对试件施加双向拉力，冲蚀模块用于按照失效点处的冲蚀参数向试件的一侧表面喷射多相流体以进行冲蚀；流体供应单元用于为模拟冲蚀单元和试件冲蚀单元供应冲蚀用多相流体。本发明的冲蚀磨损实验设备能够更准确的模拟实际复杂工况，从而得到合理、有效的实验数据用于指导现场安全生产。

技术领域

本发明涉及油气资源开发技术领域，具体地涉及一种冲蚀磨损实验设备。

背景技术

冲蚀磨损是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象，其定义可以描述为固体表面同含有固体粒子的流体接触做相对运动时表面材料所发生的损耗。携带固体粒子的流体可以是高速气流(称为喷砂型冲蚀)或液流(称为泥浆型冲蚀)。冲蚀磨损是现代工业生产中常见的一种磨损形式，是造成设备及其零部件损坏报废的重要原因之一。

油气田勘探、开发全流程中涉及大量多相流动工况，工具、设备冲蚀失效会导致安全事故、产量降低、成本增加等多种后果。其中，安全风险主要存在于压裂施工(固相冲蚀、振动疲劳、超过100MPa的内压)、反排(高含砂率、高流速、高内压)、压井放喷(气液固三相高压、高速冲蚀)、高压气井携砂生产等环节中的设备管线冲蚀、腐蚀失效。

但是，目前对材料冲蚀的研究多集中在单一的流体冲蚀工况，即通过喷嘴将多相流体以一定的速度、角度冲击至试件上完成对试件的冲蚀，无法对压裂施工、反排、压井放喷、高压气井携砂生产等环节中管线材料冲蚀失效的复杂工况进行模拟，得到合理、有效的实验数据用于指导现场安全生产。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种冲蚀磨损实验设备，其能够模拟管线的复杂工况，得到合理、有效的实验数据用于指导现场安全生产。

为了实现上述目的，本发明提供一种冲蚀磨损实验设备，包括：

模拟冲蚀单元，所述模拟冲蚀单元包括实验管线，所述模拟冲蚀单元设置为采用所述实验管线模拟实际管线冲蚀，以确定所述实验管线的失效点以及所述失效点处的冲蚀参数；

试件冲蚀单元，所述试件冲蚀单元包括夹持施力模块和冲蚀模块，所述夹持施力模块用于夹持试件并沿所述试件的两垂直轴向分别对所述试件施加双向拉力，所述冲蚀模块用于按照所述失效点处的冲蚀参数向所述试件的一侧表面喷射多相流体以进行冲蚀；以及

流体供应单元，所述流体供应单元用于为所述模拟冲蚀单元和所述试件冲蚀单元供应冲蚀用多相流体。

可选地，所述模拟冲蚀单元包括PIV测速模块和固相颗粒冲击检测模块，所述PIV测速模块用于在所述实验管线的冲蚀过程中测量所述实验管线的失效点处的冲蚀速度，所述固相颗粒冲击检测模块用于在所述实验管线的冲蚀过程中测量所述实验管线的失效点处单位时间的固相颗粒冲击次数，从而确定所述失效点处的含砂率。

可选地，所述冲蚀磨损实验设备包括振动疲劳单元，所述振动疲劳单元用于对所述试件进行振动疲劳处理。

可选地，所述冲蚀磨损实验设备包括腐蚀老化单元，所述腐蚀老化单元用于对所述试件进行腐蚀老化处理。

可选地，所述流体供应单元包括气相供应模块、液相供应模块、固相供应模块以及气液混合器，所述固相供应模块用于向由所述气相供应模块和/或所述液相供应模块供应的携砂流体中加砂以形成冲蚀用多相流体，所述气液混合器用于在所述携砂流体为气液两相时对所述气相供应模块供应的气体和所述液相供应模块供应的液体进行混合。