本發(fā)明涉及石油天然氣開采技術領域，尤其涉及一種能模擬深井超深井中的高圍壓條件的深井超深井圍壓射流模擬裝置。

背景技術：

我國陸地油氣資源分布呈現(xiàn)一定的格局。東部地區(qū)是石油資源主力生產(chǎn)區(qū)，淺層及中深層的勘探程度相對較高，而深層以及超深層探明程度相對卻較低，因此東部地區(qū)深部地層的開采潛力是很大的；在中部地區(qū)，天然氣相對較為富集，然而深部地層的天然氣儲量占中部地區(qū)總儲量的50％以上；對于西部地區(qū)，有近70％油氣資源處于深部地層，未來，西部地區(qū)將會是我國油氣產(chǎn)量的主要接替區(qū)。由以上的油氣分布格局可以看出，石油天然氣開采必須重視深部地層的勘探與開發(fā)，不斷的去發(fā)展深井(井深在4500～6000米的直井)以及超深井(井深在6000～9000米的直井)鉆井技術，充分的獲取地層深部的油氣資源，只有這樣才能立足市場，才能獲得更多的效益，進一步為能源安全作出強有力的保障。

近幾年來，隨著深層找油找氣力度的加大，深井超深井的應用越來越多。然而深井超深井溫度、壓力很高，地質(zhì)條件和工程條件異常復雜,導致深井超深井鉆井施工復雜，事故發(fā)生率高，造成其鉆速較低，工作時間極大延長，在人力、物力、財力上造成了極大的浪費。由此可見，研究深井超深井提速鉆井技術尤為重要。

目前提高深井超深井機械鉆速的方法很多，其中包括采用超高壓噴射鉆井技術，通過鉆井液全部增壓或部分增壓使射流直接或輔助破巖，也可利用水力脈沖空化射流鉆井技術，通過產(chǎn)生水力脈沖、瞬時負壓和空化沖蝕等效應來提高清巖效率和改變井底巖石應力狀態(tài)，從而提高機械鉆速。

為了研究在深井超深井環(huán)境中高壓水射流破巖、清巖等作用機理及效果，需要開展地面模擬試驗。由于深井超深井中射流與巖石均處在高圍壓環(huán)境中，因此在地面需要模擬高圍壓條件。目前均利用憋壓的方式加載圍壓，即通過控制出口閥的開度來控制圍壓容器內(nèi)的壓力，該方法存在動能與壓能相互轉換的問題，即圍壓容器內(nèi)的壓力由高速流體的動能轉化而來，不能模擬真實的井下射流環(huán)境，且所能達到的最高圍壓有限(一般≤40mpa)。然而對于深井超深井，地層壓力很高甚至可以到達上百兆帕，由此可見憋壓的加載方式不足以模擬深井超深井中高圍壓環(huán)境。

由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關行業(yè)的經(jīng)驗與實踐，提出一種深井超深井圍壓射流模擬裝置，以克服現(xiàn)有技術的缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種深井超深井圍壓射流模擬裝置，克服現(xiàn)有技術中憋壓的加載方式無法滿足深井超深井圍壓要求的問題，該裝置可以獲得較高的圍壓值，能夠模擬深井超深井中的高壓射流過程，為深井超深井鉆井水力射流輔助破巖提高鉆速的研究具有指導意義。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種深井超深井圍壓射流模擬裝置，包括頂部能開啟、且能密封的釜體，所述釜體內(nèi)的一側壁上能拆卸地設置有射流受體，所述釜體內(nèi)還設置有能加壓流體、且能使流體循環(huán)流動的柱塞泵，所述柱塞泵的出口連通有與所述射流受體同軸設置的射流噴嘴，所述射流噴嘴的出口中心與所述射流受體的端面中心呈相對設置；所述釜體上連通有能給所述釜體加壓的靜壓泵，所述釜體的底部連通設置有泄壓閥和排液閥。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述釜體內(nèi)設置有能支撐所述射流噴嘴、且能水平移動地改變所述射流噴嘴與所述射流受體間距的噴距調(diào)節(jié)裝置。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述柱塞泵的出口密封連通有長度能伸縮的高壓軟管，所述高壓軟管的出口通過直接頭與所述射流噴嘴密封連通，所述噴距調(diào)節(jié)裝置的頂部與所述直接頭固定連接。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述噴距調(diào)節(jié)裝置包括所述釜體的底面上設置有沿所述射流噴嘴的軸向設置的滑軌，所述滑軌上滑動連接有噴嘴支撐架，所述噴嘴支撐架的頂部與所述直接頭固定連接。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述射流受體為測壓盤，所述測壓盤能拆卸地連接于所述釜體內(nèi)的一側壁上，所述測壓盤與壓力采集器電連接。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述測壓盤包括一中空的圓筒，所述圓筒的一端設置有連接底盤，所述測壓盤的另一端設置有測壓盤面，所述測壓盤面上沿周向以90°相位差螺旋分布有多個盤面測壓孔，所述連接底盤上與各所述盤面測壓孔相對的位置處設置盤底測壓孔，各所述盤面測壓孔分別通過測壓管與各所述盤底測壓孔連通，各所述盤底測壓孔內(nèi)分別連接有壓力傳感器，各所述壓力傳感器均與所述壓力采集器電連接。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述射流受體為巖心，所述釜體內(nèi)的一側壁上能拆卸地連接有巖心夾持器，所述巖心夾持器的底座通過螺栓連接于所述釜體的一側壁上，所述底座上固定連接有開口朝向所述射流噴嘴設置的巖心筒，所述巖心筒內(nèi)通過銷釘夾持設置所述巖心。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述柱塞泵上連接有傳動軸，所述釜體靠近所述柱塞泵的側壁上密封穿設有傳動軸機械密封裝置，所述傳動軸密封穿設通過所述傳動軸機械密封裝置后與發(fā)動機連接。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述柱塞泵上設置有開口朝上的流體入口，所述流體入口處設置有篩網(wǎng)。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述釜體上連通設置有能顯示所述釜體內(nèi)的圍壓數(shù)值的第一壓力表，所述釜體的外部還設置有第二壓力表，所述第二壓力表通過密封穿設通過所述釜體的測壓管與所述柱塞泵的出口連通。

由上所述，本發(fā)明提供的深井超深井圍壓射流模擬裝置具有如下有益效果：

本發(fā)明的深井超深井圍壓射流模擬裝置通過靜壓泵向釜體內(nèi)注壓構成較高的圍壓環(huán)境，釜體內(nèi)的的流體通過柱塞泵加壓后經(jīng)射流噴嘴射出，形成了高圍壓環(huán)境下的高速射流，高速射流可以沖擊巖心進行破巖，也可以通過射流至測壓盤從而測出實驗時巖心表面的壓力分布情況；本發(fā)明的深井超深井圍壓射流模擬裝置結構簡單，能夠通過方便的操作模擬深井超深井中的高壓射流過程，利于研究深井超深井高圍壓下射流衰減及破巖規(guī)律，為深井超深井鉆井水力射流輔助破巖提高鉆速的研究具有指導意義。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中：

圖1：為本發(fā)明的深井超深井圍壓射流模擬裝置示意圖。

圖2：為圖1中a-a剖視示意圖。

圖3：為本發(fā)明的釜體的底面示意圖。

圖4：為本發(fā)明的測壓盤及壓力采集器連接示意圖。

圖5：為本發(fā)明的測壓盤面示意圖。

圖中：

100、深井超深井圍壓射流模擬裝置；

1、釜體；

11、頂蓋；12、加壓流體入口；

2、柱塞泵；

20、泵支架；21、高壓軟管；22、直接頭；23、滑軌；24、噴嘴支撐架；25、傳動軸；26、傳動軸機械密封裝置；27、發(fā)動機；

3、射流噴嘴；

4、靜壓泵；

51、泄壓閥；52、排液閥；53、進液閥；

61、第一壓力表；62、第二壓力表；

71、測壓盤；

711、圓筒；712、連接底盤；713、測壓盤面；714、盤面測壓孔；715、壓力傳感器；

72、巖心；

721、巖心夾持器；7211、底座；7212、巖心筒；7213、銷釘；

8、壓力采集器。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。

如圖1至圖5所示，本發(fā)明的深井超深井圍壓射流模擬裝置100，包括頂部能開啟、且能密封的釜體1，釜體1的承壓范圍是10～100mpa，在本實施方式中，為了方便安裝更換巖心以及零件的定期保養(yǎng)與維修，釜體1的頂部設置有能拆卸的、且能密封釜體1的頂蓋11，頂蓋11通過螺釘連接于釜體1的頂部，為保證釜體1的密封性，頂蓋11與釜體之間設置高壓密封結構(可以是高壓密封圈，現(xiàn)有技術，圖中未示出)；釜體1內(nèi)的一側壁上能拆卸地設置有射流受體，射流受體可以是巖心還可以是測壓盤，釜體1內(nèi)還設置有能加壓流體、且能使流體循環(huán)流動的柱塞泵2，柱塞泵2能使釜體1內(nèi)的高壓流體循環(huán)流動，使其可以進行連續(xù)破巖實驗。在本實施方式中，柱塞泵2上設置有開口朝上的流體入口，流體入口處設置有篩網(wǎng)，射流對巖心進行破巖產(chǎn)生的巖屑在柱塞泵2的流體入口處被篩網(wǎng)過濾，避免了巖屑被吸入柱塞泵2內(nèi)。在本發(fā)明的一具體實施例中，柱塞泵2底部通過螺栓連接有泵支架20，泵支架20通過螺栓固定連接于釜體1的底部；柱塞泵2的出口連通有與射流受體同軸設置的射流噴嘴3，射流噴嘴3的出口中心與射流受體的端面中心呈相對設置；釜體1上連通有能給釜體1加壓的靜壓泵4，在本實施方式中，頂蓋11上設置有加壓流體入口12，加壓流體入口12通過高壓管線和進液閥53連接靜壓泵4，實驗前打開釜體1的頂蓋11，自釜體1的頂部開口注入流體，封閉釜體1后啟動靜壓泵4給釜體1加壓，當壓力達到實驗所需圍壓值時，停止靜壓泵4，釜體1內(nèi)形成較高的圍壓環(huán)境，從而實現(xiàn)模擬深井超深井圍壓射流環(huán)境；釜體1內(nèi)的流體通過柱塞泵2加壓后經(jīng)射流噴嘴3射出，形成了高圍壓環(huán)境下的高速射流，高速射流可以沖擊巖心進行破巖，也可以通過射流至測壓盤從而測出實驗時巖心表面的壓力分布情況。釜體1的底部連通設置有泄壓閥51和排液閥52，在本實施方式中，釜體1的側壁底部設置有泄壓孔，泄壓孔與泄壓閥51連通；釜體1的側壁底部設置有排液孔，排液孔與排液閥52連通，試驗完成后，通過泄壓閥51釋放釜體1內(nèi)的壓力，流體通過排液閥52排出釜體1。

本發(fā)明的深井超深井圍壓射流模擬裝置100通過靜壓泵4向釜體1內(nèi)注壓構成較高的圍壓環(huán)境，其圍壓范圍能達到10～100mpa，釜體1內(nèi)的的流體通過柱塞泵2加壓后經(jīng)射流噴嘴3射出，形成了高圍壓環(huán)境下的高速射流，高速射流可以沖擊巖心進行破巖，也可以通過射流至測壓盤從而測出實驗時巖心表面的壓力分布情況。本發(fā)明的深井超深井圍壓射流模擬裝置100結構簡單，能夠通過方便的操作模擬深井超深井中的高壓射流過程，利于研究深井超深井高圍壓下射流衰減及破巖規(guī)律，為深井超深井鉆井水力射流輔助破巖提高鉆速的研究具有指導意義。

進一步，如圖1至圖3所示，釜體1內(nèi)設置有能支撐射流噴嘴3、且能水平移動地改變射流噴嘴3與射流受體間距的噴距調(diào)節(jié)裝置。在本實施方式中，柱塞泵2的出口密封連通有長度能伸縮的高壓軟管21，高壓軟管21的出口通過直接頭22與射流噴嘴3密封連通，噴距調(diào)節(jié)裝置的頂部與直接頭22固定連接。在本發(fā)明的一具體實施例中，噴距調(diào)節(jié)裝置包括釜體1的底面上設置有沿射流噴嘴3的軸向設置的滑軌23，滑軌23通過螺栓固定連接于釜體1的底面上；滑軌23上滑動連接有噴嘴支撐架24，可以通過調(diào)整噴嘴支撐架24的位置調(diào)節(jié)射流噴距；噴嘴支撐架24的頂部與直接頭22固定連接，在本實施方式中，噴嘴支撐架24的頂部與直接頭22通過螺栓連接。在本實施方式中，噴嘴支撐架24為梯形支架，噴嘴支撐架24的底部通過t型螺栓與滑軌23連接，噴嘴支撐架24的高度需要滿足的條件是能保證射流噴嘴3與射流受體同軸設置、且其出口中心與射流受體的端面中心相對設置，當射流速度需要進行調(diào)整時，可以更換不同型號的射流噴嘴3；在更換不同的射流噴嘴3時，噴嘴支撐架24的頂部與直接頭22固定連接能夠保證各型號的射流噴嘴3與射流受體同軸設置、且其出口中心與射流受體的端面中心相對設置。

進一步，釜體1內(nèi)部的射流受體為測壓盤71或巖心72。

當射流受體為測壓盤71時，測壓盤71能拆卸地連接于釜體1內(nèi)的一側壁上(遠離柱塞泵2且與柱塞泵2相對的側壁)，測壓盤71與壓力采集器8電連接。如圖4所示，在本實施方式中，測壓盤71包括一中空的圓筒711，圓筒711的一端設置有連接底盤712，測壓盤71的另一端設置有測壓盤面713，測壓盤面713上沿周向以90°相位差螺旋分布有多個盤面測壓孔714，連接底盤712上與各盤面測壓孔714相對的位置處設置盤底測壓孔，各盤面測壓孔714分別通過測壓管與各盤底測壓孔連通，各盤底測壓孔內(nèi)分別連接有壓力傳感器715，各壓力傳感器715均與壓力采集器8電連接，可以測得高壓射流在高圍壓環(huán)境下沖擊壓力分布。

如圖1所示，當射流受體為巖心72時，釜體1內(nèi)的一側壁上能拆卸地連接有巖心夾持器721，巖心夾持器721的底座7211通過螺栓連接于釜體1的一側壁上，底座7211上固定連接有開口朝向射流噴嘴設置的巖心筒7212，巖心筒7212內(nèi)通過銷釘7213夾持設置巖心72。

在本實施方式中，前述的釜體1的一側壁上設置有圓透孔，在圓透孔的周圍設置有螺栓孔，測壓盤71能穿設通過圓透孔固定于釜體1內(nèi)，測壓盤71與圓透孔之間設置有靜密封結構，該靜密封結構可以是密封墊圈或圓環(huán)狀密封膠；測壓盤71的連接底盤712通過螺栓連接于螺栓孔內(nèi)實現(xiàn)測壓盤71的固定，巖心夾持器721的底座7211通過螺栓連接于螺栓孔內(nèi)實現(xiàn)巖心夾持器721在釜體1內(nèi)的固定。

進一步，如圖1所示，柱塞泵2上連接有傳動軸25，釜體1靠近柱塞泵2的側壁上密封穿設有傳動軸機械密封裝置26，傳動軸25密封穿設通過傳動軸機械密封裝置26后與發(fā)動機27連接。發(fā)動機27可以是柴油發(fā)動機組或電動發(fā)動機組，發(fā)動機27與傳動軸25之間一般通過傳動比較大的傳動裝置進行連接，進而驅(qū)動釜體1內(nèi)部的柱塞泵2。

進一步，如圖1所示，釜體1上連通設置有能顯示釜體1內(nèi)的圍壓數(shù)值的第一壓力表61(也可以是壓力傳感器)，釜體的外部還設置有第二壓力表62(也可以是壓力傳感器)，第二壓力表62通過密封穿設通過釜體1的測壓管與柱塞泵2的出口連通。

在本實施方式中，如圖1所示，釜體1的側壁上設置有第一測壓孔，第一測壓孔處密封穿設測壓管，測壓管與第一壓力表61連通，第一壓力表61能測量釜體1內(nèi)的靜壓力；釜體1的另一側壁上設置有第二測壓孔，測壓管密封穿設通過第二測壓孔連通第二壓力表62和柱塞泵2的出口，第二壓力表62能測量射流壓力。

使用本發(fā)明的深井超深井圍壓射流模擬裝置100進行模擬實驗前，首先打開釜體1的頂蓋11，將射流受體(夾持了巖心72的巖心夾持器721或測壓盤71)安裝固定，移動噴嘴支撐架24使射流噴嘴3與射流受體之間的距離達到實驗預定值，固定好噴嘴支撐架24，關閉泄壓閥51和排液閥52，自釜體1的頂部開口注入流體，封閉釜體1后打開進液閥53，啟動靜壓泵4給釜體1加壓，觀察第一壓力表61的示數(shù)，當壓力達到實驗所需圍壓值時，停止靜壓泵4，關閉進液閥53，釜體1內(nèi)形成較高的圍壓環(huán)境，完成深井超深井圍壓射流環(huán)境的模擬。

準備工作完成之后，啟動發(fā)動機27，柱塞泵2開始工作，釜體1內(nèi)的高壓流體通過流體入口進入柱塞泵2，流體經(jīng)柱塞泵2加壓后經(jīng)流體出口、高壓軟管21、直接頭22和射流噴嘴3射出，形成了高圍壓下的高速射流，射流壓力通過第二壓力表62測量高速射流可以沖擊巖心72進行破巖，也可以通過射流至測壓盤71從而測出實驗時巖心表面的壓力分布情況。一次實驗完成后，打開泄壓閥51部分流體流出釋放釜體1內(nèi)壓力，打開排液閥52，排放高壓流體和巖屑，更換射流受體(夾持了巖心72的巖心夾持器721或測壓盤71)，進行下一組實驗，直至實驗全部結束。

本發(fā)明的深井超深井圍壓射流模擬裝置通過靜壓泵向釜體內(nèi)注壓構成較高的圍壓環(huán)境，釜體內(nèi)的的流體通過柱塞泵加壓后經(jīng)射流噴嘴射出，形成了高圍壓環(huán)境下的高速射流，高速射流可以沖擊巖心進行破巖，也可以通過射流至測壓盤從而測出實驗時巖心表面的壓力分布情況；本發(fā)明的深井超深井圍壓射流模擬裝置結構簡單，能夠通過方便的操作模擬深井超深井中的高壓射流過程，利于研究深井超深井高圍壓下射流衰減及破巖規(guī)律，為深井超深井鉆井水力射流輔助破巖提高鉆速的研究具有指導意義。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。