[發明專利]提高填砂模型中流體擴散速度的裝置及方法

有效

• 申請號: 201410475498.7
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104389564B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 陳興隆;秦積舜;李實;許世京;俞宏偉;張可
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21B43/16
• 分類號: E21B43/16
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 王濤

1.一種提高填砂模型中流體擴散速度的裝置，其特征在于，包括：巖心筒、填砂模型、攪拌裝置和磁環裝置，其中，

所述填砂模型是在所述巖心筒內填砂、壓實后制成，填砂過程中，在所述填砂模型內的預定位置放置所述攪拌裝置；

所述攪拌裝置的大小為毫米級，其內部設有微磁極攪拌子，在所述磁環裝置產生的磁場作用下，所述微磁極攪拌子在所述攪拌裝置內進行往復運動，對所述攪拌裝置內的流體進行攪拌；

所述磁環裝置包括磁環，所述磁環套設于所述巖心筒外，所述磁環裝置可在所述巖心筒的軸線方向上移動，所述磁環與所述巖心筒同軸。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述攪拌裝置具有網狀外殼，供流體通過且阻止外部砂粒的進入。

3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述網狀外殼為銅質。

4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述微磁極攪拌子在各端面方向上的最大面積大于所述網狀外殼的網孔面積。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微磁極攪拌子為強力永磁體。

6.根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述磁環裝置還包括：移動支架、與所述移動支架連接的伸縮架、以及控制機構，其中，

所述移動支架，可在所述巖心筒的軸線方向上移動，隨著所述移動支架的移動，所述磁環移動到所述攪拌裝置的對應位置，使得在所述磁環裝置產生的磁場作用下，所述微磁極攪拌子能夠在所述攪拌裝置內進行往復運動；

所述伸縮架，用于支撐和固定所述磁環，上下調整所述磁環的位置；

所述磁環固定于所述伸縮架上，所述磁環內側安裝對稱電磁鐵；

所述控制機構，通過控制線路與所述磁環相連，用于控制所述磁環產生磁場，所述控制機構包括手持控制器和位于所述移動支架上的控制箱，其中，所述手持控制器用于控制磁場強度和磁極方向，其輸出信號調節所述控制箱的輸出電壓及變換頻率，所述控制箱根據所述手持控制器的輸出信號對電壓進行實時變換，為磁場提供所需的輸入電壓。

7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述電磁鐵是插有鐵芯的通電螺線管，通過改變所述鐵芯的電流方向和強度，改變磁極方向和磁場強度，產生交變磁場。

8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，采用以下公式確定所述磁環的參數：

計算鐵芯在設計位置的氣隙磁導Λ_δ：

其中，δ為磁極間氣隙長度，a和b為鐵芯的截面邊長，μ₀為真空磁導率，K_c為疊片系數。

9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，

采用以下公式計算所述鐵芯的橫截面積S：其中，F₀為電磁吸力設計值，B_δm為線圈電壓下限時工作氣隙磁通密度，U₁為線圈電壓下限值，B_cm為額定電壓時鐵芯磁通密度，U_N為線圈的額定電壓，K_N為線圈反電動勢E與U_N的比值，σ為設計點漏磁系數；

采用以下公式計算所述鐵芯的截面邊長a：其中，a＝b，ε＝a/b＝1。

10.一種提高填砂模型中流體擴散速度的方法，其特征在于，包括：

將磁環裝置的磁環套設于巖心筒外且與所述巖心筒同軸，沿著所述巖心筒的軸線方向將所述磁環移動到所述填砂模型內攪拌裝置的對應位置，其中，所述攪拌裝置的大小為毫米級，其內部設有微磁極攪拌子；所述對應位置是在所述磁環裝置產生的磁場作用下，所述微磁極攪拌子能夠在所述攪拌裝置內進行往復運動的位置；

通過所述磁環裝置的控制機構控制所述磁環內側對稱設置的電磁鐵按照預定強度交替變化磁極，產生磁場；

所述微磁極攪拌子在所述磁場的作用下在所述攪拌裝置內進行往復運動，對所述攪拌裝置內的流體進行攪拌。