围压下液氮射流综合实验系统

摘要

本发明提供了一种围压下液氮射流综合实验系统，包括：液氮供应模块，包括液氮罐、与液氮罐连接的泵头、通过曲柄连杆机构与泵头的柱塞连接的电机、与泵头的出口端连接的阻尼器；温度调控模块，包括与阻尼器连接的液氮容器、设在液氮容器中的电加热元件；磨料添加模块，包括氮气瓶、与氮气瓶连接的增压器、与增压器连接的磨料罐、与磨料罐连接的绞龙输送机构、与绞龙输送机构连接的混砂腔；围压射流实验模块，包括围压釜、设在围压釜中用于夹持岩心靶件的夹持装置、穿设在围压釜的侧壁中并正对岩心靶件的喷嘴；喷嘴与液氮容器及混砂腔连接。本发明可真实模拟井下的温压条件，开展破岩、套管开窗和冲击传热等多项液氮射流实验研究。

权利要求

1.一种围压下液氮射流综合实验系统，其特征在于，包括：液氮供应模块、温度调控模块、磨料添加模块、围压射流实验模块；

所述液氮供应模块包括：自增压液氮罐、与所述自增压液氮罐连接的泵头、通过曲柄连杆机构与所述泵头的柱塞连接的电机、与所述泵头的出口端连接的阻尼器；

所述温度调控模块包括：与所述阻尼器连接的高压液氮容器、设在所述高压液氮容器中的电加热元件；

所述磨料添加模块包括：氮气瓶、与所述氮气瓶连接的增压器、与所述增压器连接的磨料罐、与所述磨料罐连接的绞龙输送机构、与所述绞龙输送机构连接的混砂腔；

所述围压射流实验模块包括：围压釜、设在所述围压釜中用于夹持岩心靶件的夹持装置、穿设在所述围压釜的侧壁中并正对所述岩心靶件的喷嘴；所述喷嘴与所述高压液氮容器及混砂腔连接；

所述夹持装置呈空心壳体状，其面对所述喷嘴的端部开口，所述岩心靶件经由所述端部开口进入所述夹持装置中；所述岩心靶件中设有多个沿径向排布的孔眼，所述孔眼中设有用于液氮射流传热实验中测量温度的热电偶；所述岩心靶件背对所述喷嘴的端部与所述夹持装置之间设有垫片，所述垫片设有沿径向延伸的长条形开口，所述长条形开口与多个所述孔眼对应；所述夹持装置背对所述岩心靶件的端部设有中心通道，所述围压釜背对所述喷嘴的端部设有与所述中心通道相对应的穿设通道，所述中心通道插设在所述穿设通道中，所有热电偶经所述长条形开口、中心通道及穿设通道穿出至所述围压釜外。

2.如权利要求1所述的围压下液氮射流综合实验系统，其特征在于，所述温度调控模块还包括：包裹在所述高压液氮容器外的隔热层、包裹在所述隔热层外的真空层；所述真空层上设有真空接口，所述真空接口通过抽真空管与真空泵连接。

3.如权利要求1所述的围压下液氮射流综合实验系统，其特征在于，所述温度调控模块的数量为至少两个，至少两个所述温度调控模块的高压液氮容器通过管线串联。

4.如权利要求1所述的围压下液氮射流综合实验系统，其特征在于，所述高压液氮容器的出口端设有温度传感器，所述温度传感器与控制模块连接；所述控制模块基于所述温度传感器检测到所述高压液氮容器的出口氮气温度控制所述电加热元件的加热温度。

5.如权利要求1所述的围压下液氮射流综合实验系统，其特征在于，所述孔眼中注入有用于将所述热电偶进行封固的导热胶，所述岩心靶件的外壁与所述夹持装置的内壁之间设有密封圈，所述夹持装置的外壁设有外围紧固机构。

6.如权利要求1所述的围压下液氮射流综合实验系统，其特征在于，所述夹持装置的角度可调，以使所述岩心靶件面对所述喷嘴的表面相对于所述喷嘴的角度可调。

7.如权利要求1所述的围压下液氮射流综合实验系统，其特征在于，所述围压釜的出口端连接有旋塞阀，所述旋塞阀连接泄压管线，所述泄压管线上设有压力传感器和放空阀；所述压力传感器与控制模块连接，所述控制模块基于所述压力传感器检测到所述围压釜的出口氮气压力控制所述旋塞阀的开度。

8.如权利要求7所述的围压下液氮射流综合实验系统，其特征在于，还包括：过滤回收模块，所述过滤回收模块包括：通过所述旋塞阀与所述围压釜的出口端连接的过滤装置、与所述过滤装置连接的压缩机、与所述压缩机连接的回收气瓶。

9.如权利要求8所述的围压下液氮射流综合实验系统，其特征在于，所述过滤装置中设置多个不同目数的滤网。

说明书

围压下液氮射流综合实验系统

技术领域

[0001] 本发明涉及油气开采技术领域和低温流体技术领域，具体涉及一种围压下液氮射流综合实验系统。

背景技术

[0002] 本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

[0003] 非常规油气储层开采潜力巨大，但由于其低孔、低渗的特性，需进行大规模压裂以获取具有经济效益的产能。在常规水力压裂作业过程中，常常伴有压裂液返排困难、粘土矿物遇水膨胀、大规模压裂耗水量巨大、地表及浅层水污染等问题。基于上述问题，出现了应用液氮代替常规水基压裂液的无水压裂技术。液氮是一种惰性极强且清洁无污染的“绿色”流体，来源广泛，且具有超低温特性(大气压条件下沸点、196℃)，对岩石致裂效果显著。液氮压裂技术，不仅可以解决上述水力压裂中的难题，还具有降低地层破裂压力、提升压裂缝网复杂度和连通性等技术优势。

[0004] 然而，由于封隔器的橡胶部件在超低温条件下会变性失效，常规的机械封隔方式对于液氮压裂工艺不再适用。基于此，学者提出了一种液氮喷射压裂技术。即：将液氮压裂和传统的喷射压裂工艺相结合，利用射流自封隔作用来实现液氮的多级分段压裂施工。液氮喷射压裂技术无需机械封隔，通过高速射流在井下形成低压区，完成套管开窗、射孔和储层压裂的一体化作业。

[0005] 此外，针对深部硬岩强度高、硬度大、可钻性差等特点，学者还提出了利用液氮射流进行深井钻井提速的新思路。液氮射流结合了射流冲击和低温致裂的双重作用机制，有望大幅降低深层硬岩的破碎门限、提高岩石的破碎效率。

[0006] 综上，开展液氮射流破岩和传热的实验研究，对于揭示液氮射流钻井和喷射压裂方法的可行性具有重要意义。然而，当前针对液氮射流的研究均在常压(大气压)下进行，未考虑井下流体围压的影响。且实验中流体温度不可控，实验工况与实际工况存在一定差异。因此，亟需设计一套能够模拟不同井底围压和流体温度条件的液氮射流综合实验系统，开展不同井底工况下的液氮射流破岩、液氮磨料射流破岩与套管开窗、液氮射流冲击传热等实验研究，以揭示液氮射流钻井及喷射压裂技术的可行性，优化工艺参数。

[0007] 应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

[0008] 基于前述的现有技术缺陷，本发明实施例提供了一种围压下液氮射流综合实验系统，能够准确模拟液氮喷射钻井和压裂实际作业中的温度和围压条件，开展不同井底工况下的液氮射流破岩、液氮磨料射流破岩与套管开窗、液氮射流冲击传热等实验，揭示液氮射流钻井和喷射压裂工艺的可行性，研究各射流参数(喷嘴压降、喷距、围压、流体温度等)对液氮射流破岩效果和传热速率的影响规律。

[0009] 为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

[0010] 一种围压下液氮射流综合实验系统，包括：液氮供应模块、温度调控模块、磨料添加模块、围压射流实验模块；

[0011] 所述液氮供应模块包括：自增压液氮罐、与所述自增压液氮罐连接的泵头、通过曲柄连杆机构与所述泵头的柱塞连接的电机、与所述泵头的出口端连接的阻尼器；

[0012] 所述温度调控模块包括：与所述阻尼器连接的高压液氮容器、设在所述高压液氮容器中的电加热元件；

[0013] 所述磨料添加模块包括：氮气瓶、与所述氮气瓶连接的增压器、与所述增压器连接的磨料罐、与所述磨料罐连接的绞龙输送机构、与所述绞龙输送机构连接的混砂腔；

[0014] 所述围压射流实验模块包括：围压釜、设在所述围压釜中用于夹持岩心靶件的夹持装置、穿设在所述围压釜的侧壁中并正对所述岩心靶件的喷嘴；所述喷嘴与所述高压液氮容器及混砂腔连接。

[0015] 优选地，所述温度调控模块还包括：包裹在所述高压液氮容器外的隔热层、包裹在所述隔热层外的真空层；所述真空层上设有真空接口，所述真空接口通过抽真空管与真空泵连接。

[0016] 优选地，所述液氮供应模块的数量为至少两个，至少两个所述液氮供应模块的高压液氮容器通过管线串联。

[0017] 优选地，所述高压液氮容器的出口端设有温度传感器，所述温度传感器与控制模块连接；所述控制模块基于所述温度传感器检测到所述高压液氮容器的出口氮气温度控制所述电加热元件的加热温度。

[0018] 优选地，所述夹持装置呈空心壳体状，其面对所述喷嘴的端部开口，所述岩心靶件经由所述端部开口进入所述夹持装置中；所述岩心靶件中设有多个沿径向排布的孔眼，所述孔眼中设有用于液氮射流传热实验中测量温度的热电偶；所述岩心靶件背对所述喷嘴的端部与所述夹持装置之间设有垫片，所述垫片设有沿径向延伸的长条形开口，所述长条形开口与多个所述孔眼对应；所述夹持装置背对所述岩心靶件的端部设有中心通道，所述围压釜背对所述喷嘴的端部设有与所述中心通道相对应的穿设通道，所述中心通道插设在所述穿设通道中，所有热电偶经所述长条形开口、中心通道及穿设通道穿出至所述围压釜外。

[0019] 优选地，所述孔眼中注入有用于将所述热电偶进行封固的导热胶，所述岩心靶件的外壁与所述夹持装置的内壁之间设有密封圈，所述夹持装置的外壁设有外围紧固机构。

[0020] 优选地，所述夹持装置的角度可调，以使所述岩心靶件面对所述喷嘴的表面相对于所述喷嘴的角度可调。

[0021] 优选地，所述围压釜的出口端连接有旋塞阀，所述旋塞阀连接泄压管线，所述泄压管线上设有压力传感器和放空阀；所述压力传感器与控制模块连接，所述控制模块基于所述压力传感器检测到所述围压釜的出口氮气压力控制所述旋塞阀的开度。

[0022] 优选地，还包括：过滤回收模块，所述过滤回收模块包括：通过所述旋塞阀与所述围压釜的出口端连接的过滤装置、与所述过滤装置连接的压缩机、与所述压缩机连接的回收气瓶。

[0023] 优选地，所述过滤装置中设置多个不同目数的滤网。

[0024] 借由以上的技术方案，本发明的有益效果在于：

[0025] 本发明实施例的围压下液氮射流综合实验系统，可实现液氮射流实验中流体温度和围压的精细调控，充分还原模拟井下液氮射流的实际作业工况。同时，通过系统中各个模块之间的协调配合，可实现液氮射流破岩、液氮磨料射流破岩、液氮磨料射流套管开窗、液氮射流传热和液氮磨料射流传热等多项实验研究。系统中流体温度、入射压力、围压、喷距等参数可调，可实现液氮射流破岩效果和传热效率的参数影响规律探究，为液氮射流的工程设计优化提供依据。此外，本实验系统通过内置软件程序进行数据采集和远程集成控制，操作简单，保证了实验人员安全性的同时，提升了实验效率。该系统将成为未来利用低温液氮射流进行非常规油气钻井和压裂增产作业技术研究的重要载体和有效途径。

[0026] 参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施例，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施例在范围上并不因而受到限制。

[0027] 针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。

[0028] 应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

[0029] 在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

[0030] 图1为本发明实施例的围压下液氮射流综合实验系统的结构示意图；

[0031] 图2为图1中温度调节装置的结构示意图；

[0032] 图3为图1中温度调节装置的岩心靶件与夹持装置的装配结构示意图；

[0033] 图4为图3中A-A截面的剖视图。

[0034] 附图标记说明：

[0035] 1、自增压液氮罐；2、阀门；3、电机；4、曲柄连杆机构；5、泵头；6、12、26、压力传感器；7、13、温度传感器；8、单向阀；9、阻尼器；10、温度调控模块；11、真空泵；14、安全阀；15、低温流量计；16、增压器；17、磨料罐；18、绞龙输送机构；19、28、防砂阀；20、混砂腔；21、围压釜；22、喷嘴；23、岩心靶件；24、夹持装置；25、旋塞阀；27、放空阀；29、过滤装置；30、不同目数的筛网；31、压缩机；32、回收气瓶；33、电加热元件；34、高压液氮容器；35、隔热层；36、真空层；37、真空接口；38、孔眼；39、密封圈；40、垫片；41、中心通道；42、外围紧固机构；43、氮气瓶。

具体实施方式

[0036] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0037] 需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

[0038] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0039] 本发明实施例的围压下液氮射流综合实验系统包括：液氮供应模块、温度调控模块、磨料添加模块、围压射流实验模块、过滤回收模块、控制模块六大部分。

[0040] 如图1所示，液氮供应模块包括：自增压液氮罐1、与自增压液氮罐1连接的泵头5、通过曲柄连杆机构4与泵头5的柱塞连接的电机3、与泵头5的出口端连接的阻尼器9。其中，连接自增压液氮罐1与泵头5的管线上设有阀门2，连接泵头5与阻尼器9的管线上设有单向阀8，并且泵头5的出口端设有压力传感器6和温度传感器7。阻尼器9与空气包功能类似，用于稳定液氮的泵注压力，包括空心容器、设在空心容器中的阻尼压簧、设在阻尼压簧端部的阻尼隔板。空心容器被阻尼隔板一分为二：位于隔板上方的上部空间和位于隔板下方的下部空间，阻尼弹簧位于上部空间中，下部空间即为阻尼或缓冲空间，该下部空间与泵头5连接。

[0041] 液氮存储于自增压液氮罐1中。实验时，打开阀门2，依靠液氮罐的自增压作用，推动液氮进入低温绝热泵头5中。电机3通过曲柄连杆机构4带动泵头5内的柱塞压缩液氮，对液氮进行增压。增压后的液氮通过泵头5出口端的单向阀8流出，经过阻尼器9稳压后进入温度调控模块10。

[0042] 结合图2所示，温度调控模块10包括：与阻尼器9连接的高压液氮容器34、设在高压液氮容器34中的电加热元件33。电加热元件33可以为电阻丝或电热管，其数量为一根或多根，每根电阻丝或电热管的两端分别引出一根导线，分别为正极线和负极线，连接至供电电源。通过供电电源对电阻丝供电，使电阻丝产生热量，进而加热进入高压液氮容器34中的氮气。

[0043] 在某些实施例中，为提高高压液氮容器34的保温性能，尽量减少甚至避免热损失，高压液氮容器34外可包裹有隔热层35，隔热层35外包裹真空层36。真空层36上设有真空接口37，真空接口37通过抽真空管与真空泵11连接。通过真空泵11对真空层36进行抽真空隔热，提升隔热效果。

[0044] 温度调控模块10的数量为至少两个，至少两个液氮供应模块的高压液氮容器34通过管线串联。这样，液氮可依次流经至少两个串联设置的温度调控模块10，每个温度调控模块10均能实现对液氮的温度调节，从而提高加热和温度调节效率。

[0045] 高压液氮容器34的出口端设有温度传感器13和压力传感器12，温度传感器13与控制模块连接。控制模块能基于温度传感器13检测到高压液氮容器34的出口氮气温度控制电加热元件33的加热温度。如此，实验过程中，根据预设的流体温度值，电加热元件33与温度传感器13相配合，进行液氮温度的实时反馈调节。具体的，当温度传感器13检测到的液氮流体温度低于/高于预设的流体温度值，控制模块通过控制增大/降低电加热元件33的供电电流，提高/降低加热温度，使液氮的温度趋于预设的温度值。

[0046] 根据预设的流体温度，温度调控模块10中的电加热元件33配合出口处的温度传感器13进行液氮温度的实时反馈调节。液氮达到预定温度后，经过低温流量计15进入围压射流实验模块进行流量测试。

[0047] 磨料添加模块包括：氮气瓶43、与氮气瓶43连接的增压器16、与增压器16连接的磨料罐17、与磨料罐17连接的绞龙输送机构18、与绞龙输送机构18连接的混砂腔20。绞龙输送机构18由外部马达驱动，通过控制马达的转速，控制混砂量和磨料浓度。

[0048] 结合图3和图4所示，围压射流实验模块包括：围压釜21、设在围压釜21中用于夹持岩心靶件23的夹持装置24、穿设在围压釜21的侧壁中并正对岩心靶件23的喷嘴22，喷嘴22与高压液氮容器34及混砂腔20连接。其中，连接高压液氮容器34与喷嘴22的管线上可设有低温流量计15，连接混砂腔20与喷嘴22的管线上可设有防砂阀19。喷嘴22具有耐低温性能，可采用耐低温合金制成。同样的，在本发明中，各个连接用管线也应具有耐低温性能，宜采用耐低温材料例如耐低温合金或不锈钢制成。

[0049] 实验系统中设置有安全阀14，安全阀14设在连接高压液氮容器34与喷嘴22的管线上。一旦压力超过系统所能承受的压力上限，安全阀14开启泄压，并自动切断电机3和温度调控模块10的供电电源，停止液氮增压和流体的加热，保证设备和人员的安全。此外，系统中多处设置压力传感器6、12、26，这些压力传感器6、12、26均通过盘管与液氮管线相连，液氮在盘管内气化形成氮气隔层，避免低温液氮与传感器测压部件直接接触，以保证压力传感器的精度。

[0050] 夹持装置24呈空心壳体状，其面对喷嘴22的端部开口，岩心靶件23经由端部开口进入夹持装置24中。岩心靶件23的外壁与夹持装置24的内壁之间设有密封圈39，例如四氟密封圈，可密封岩心靶件23与夹持装置24的间隙，使得从喷嘴22喷出的氮气作用在岩心靶件23中央而不进入两者的间隙。此外，夹持装置24的外壁设有外围紧固机构42，具体可以为抱箍，从而可对夹持装置24施加径向合围的紧固力，从而使岩心靶件23能被稳定的夹持。夹持装置24的角度可调，以使岩心靶件23面对喷嘴22的表面相对于喷嘴22的角度可调。在一个具体的实施例中，夹持装置24可旋转，以带动被夹持的岩心靶件23转动，改变岩心靶件23相对于喷嘴22的角度

[0051] 岩心靶件23中设有多个沿径向排布的孔眼38，孔眼38中设有用于液氮射流传热实验中测量温度的热电偶。孔眼38中注入有用于将热电偶进行封固的导热胶，以将热电偶固定。为将热电偶引出至围压釜21外与控制模块连接，岩心靶件23背对喷嘴22的端部与夹持装置24之间设有垫片40，垫片40设有沿径向延伸的长条形开口，长条形开口与多个孔眼38对应。夹持装置24背对岩心靶件23的端部设有中心通道41，围压釜21背对喷嘴22的端部设有与中心通道41相对应的穿设通道，中心通道41插设在穿设通道中，所有热电偶经长条形开口、中心通道41及穿设通道穿出至围压釜21外。

[0052] 实际中，利用2mm金刚钻头在岩心靶件23内部打出一系列孔眼38，孔眼38末端距岩心靶件23的上表面约2mm。将热电偶插入孔眼38内，用于液氮射流冲击下的岩样温度监测和采集。孔眼38插入热电偶后，填入与岩样具有相似热物性的银硅脂材料，封固电偶丝，并保证热电偶的测量精度。将岩心靶件23置入岩心加持器，岩心靶件23底部预置径向开槽的圆形垫片40，电偶丝统一从垫片40的径向开口位置接出，经夹持装置24底部中心轴预留的孔道，接于围压釜21外部的控制模块。为避免围压釜21中的低温流体进入热电偶孔眼38，在岩心靶件23和夹持装置24之间设置四氟密封环，并在密封环上部留有一小段凹槽，进行注胶密封。通过外围紧固机构42锁紧并固定岩心靶件23，固定后装入围压釜21内部，开展液氮射流传热实验。

[0053] 请继续参阅图1，围压釜21的出口端连接有旋塞阀25，旋塞阀25连接泄压管线，泄压管线上设有压力传感器26和放空阀27。压力传感器26与控制模块连接，控制模块基于压力传感器26检测到围压釜21的出口氮气压力控制旋塞阀25的开度，籍此自动控制围压釜21内的围压。

[0054] 过滤回收模块包括：通过旋塞阀25与围压釜21的出口端连接的过滤装置29、与过滤装置29连接的压缩机31、与压缩机31连接的回收气瓶32。其中，连接旋塞阀25与过滤装置29的管线上设有防砂阀28，过滤装置29内设有不同目数的筛网30，用于对冲击后的磨料粒子和破岩岩屑进行过滤筛分，挑选合适粒度的磨料粒子进行回收利用。回收气瓶32的数量为多个，多个回收气瓶32并联设置。

[0055] 液氮经低温流量计15之后，再经过耐低温不锈钢喷嘴22加速后，喷射进入围压釜21中，对置于岩心夹持装置24上的岩心靶件23进行冲击。围压釜21内的流体、岩屑及磨料统一从下部出口流出，围压釜21出口位置设置的电磁旋塞阀25与压力传感器26进行反馈配合，调节旋塞阀25的开度控制围压釜21内的压力。岩屑、磨料及液氮的混合物从围压釜21中流出后，进入过滤装置29，分离并筛分流体中的固相颗粒，并对具有合适粒度的磨料粒子进行回收利用。从过滤装置29出来后，氮气经压缩机31压缩，注入回收气瓶32中，实现氮的回收再利用。实验结束后，打开放空阀27，对系统进行泄压。

[0056] 控制模块自动监测记录实验系统内不同位置的流体和岩心靶件23温度、管线和容器内压力、液氮流量等数据，配合电控总成系统和软件进行电机3转速(电机3、驱动绞龙输送机构18的马达)、加热功率(电加热元件33)和阀门开度(旋塞阀25)，实现射流压力、围压、温度和磨料浓度的自动调控。

[0057] 控制模块可以按任何适当的方式实现。具体的，例如，控制模块可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该微处理器或处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application  Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)和嵌入微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)的形式，上述模块的例子包括但不限于以下微控制单元：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320。本领域技术人员也应当知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现所述控制模块的功能以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制单元等形式来实现相同功能。

[0058] 利用本发明实施例的实验系统进行实验的具体步骤如下：

[0059] 步骤10：根据实验目的制备岩心靶件23，并置入围压釜21内；

[0060] 步骤20：低速泵注液氮，使实验系统和管线充分预冷，并使围压釜21内充满液氮；

[0061] 步骤30：设置射流压力、温度和围压，打开阀门2、旋塞阀25、防砂阀28，启动电机3、真空泵11、电加热元件33和压缩机31，开展液氮射流破岩或传热实验；

[0062] 步骤40：射流温压条件稳定后，打开防砂阀19激活磨料添加模块，开启增压器16，并控制绞龙输送机构18的转速进行混砂，开展磨料射流破岩和套管开窗等实验；

[0063] 步骤50：实验结束后，关闭电机3电源，打开放空阀27泄压，收集过滤装置29内部具有合适粒度的磨料，回收罐装于磨料罐17。

[0064] 本发明实施例的围压下液氮射流综合实验系统，可实现液氮射流实验中流体温度和围压的精细调控，充分还原模拟井下液氮射流的实际作业工况。同时，通过系统中各个模块之间的协调配合，可实现液氮射流破岩、液氮磨料射流破岩、液氮磨料射流套管开窗、液氮射流传热和液氮磨料射流传热等多项实验研究。系统中流体温度、入射压力、围压、喷距等参数可调，可实现液氮射流破岩效果和传热效率的参数影响规律探究，为液氮射流的工程设计优化提供依据。此外，本实验系统通过内置软件程序进行数据采集和远程集成控制，操作简单，保证了实验人员安全性的同时，提升了实验效率。该系统将成为未来利用低温液氮射流进行非常规油气钻井和压裂增产作业技术研究的重要载体和有效途径。

[0065] 本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从21到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。
这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

[0066] 除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

[0067] 以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容，可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。