CN106441698B - 高压非稳定微压差计及其使用和校核方法 - Google Patents

高压非稳定微压差计及其使用和校核方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压非稳定微压差计及其使用和校核方法，该高压非稳定微压差计包括：一组竖直且连通的测压管，通过信号线与电阻仪连接；电阻仪与数据采集处理控制系统连接；测压管内充满低电导率缓冲液和高电导率测压液；电阻仪用于测量测压管内电阻；数据采集处理控制系统用于将电阻仪测得的电阻转换为压差。本发明的高压非稳定微压差计，可以承受很高的环境压力，达到微压差的测量精度要求；可以实现高压条件下非稳定微压差的实时监测，并且可实时记录实验过程中的压差微小波动。

Description

高压非稳定微压差计及其使用和校核方法
技术领域
本发明涉及流体流动和油气藏开采物理模拟实验技术领域，尤其涉及一种高压非稳定微压差计及其使用和校核方法。
背景技术
在与油气藏开采相关的物理模拟实验中，模拟实际油气藏的压力可高达30兆帕以上，而需要测量的渗流和驱油模拟实验压差最低可达0.01兆帕以下。
常用的压差计无法在几十兆帕的高压条件下精确测量微压差，更无法精确测量实验过程中微压差的动态变化和波动。压电式压差传感器的原理是通过测压膜片感应压力，在高压条件(40兆帕)下使用，加厚的测压膜片导致测量精度过低(偏差为0.24兆帕)。补偿式微压差计基于U型管压力计的测压原理，受玻璃管耐压限制，使用压力范围为0兆帕至2.5×10-3兆帕。电容式微压差计通过测量压差引起的电容量变化来测量压差，无法测量高压下的微小压差。中国专利申请201510178391.0公开一种用于高压实验的微压差计量装置，通过光栅自动搜索液位变化，可以实现高压条件下微压差测量，液位识别可以达到0.1mm，但由于光栅自动搜索耗时较长，需要等待压差稳定后才能实现测量，无法实现随时间变化的非稳定微压差波动的连续计量。
因此，解决用于高压实验的非稳定微压差动态计量是油气藏(特别是致密油气藏)开采相关实验亟待攻克的技术难点。
发明内容
本发明实施例提供一种高压非稳定微压差计，用于高压实验条件下非稳定微压差的精确测量，该高压非稳定微压差计包括：
一组竖直且连通的测压管，通过信号线4与电阻仪2连接；电阻仪2与数据采集处理控制系统3连接；
测压管内充满低电导率缓冲液和高电导率测压液；电阻仪2用于测量测压管内电阻；数据采集处理控制系统3用于将电阻仪2测得的电阻转换为压差。
本发明实施例还提供一种上述高压非稳定微压差计的使用方法，用于高压实验条件下非稳定微压差的精确测量，该方法包括：
将低电导率缓冲液和高电导率测压液充满测压管；
将测压管密封后接入高压实验环境；
打开电阻仪2，监测测压管内电阻；
打开数据采集处理控制系统3，将电阻仪2测得的电阻转换为压差。
本发明实施例还提供一种上述高压非稳定微压差计的校核方法，用于高压实验条件下非稳定微压差的精确测量，该方法包括：
在常压条件将数量相同的可视U型管与所述高压非稳定微压差计并联连接，保持尾端压力不变，同时向首端施加一系列不同的微小压力变化，记录所述高压非稳定微压差计中电阻仪2显示的电阻数据和可视U型管的液面高度变化及微压差变化。
本发明实施例的高压非稳定微压差计，可以承受很高的环境压力，达到微压差的测量精度要求；可以实现高压条件下非稳定微压差的实时监测，并且可实时记录实验过程中的压差微小波动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中高压非稳定微压差计的示例图；
图2为本发明实施例中常压下电阻-压差测量校准示例图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
针对现有微压差测试仪器和技术对高压微压差测试适应性的限制，本发明实施例提供了一种高压非稳定微压差计。在本发明实施例的高压非稳定微压差计中，将数根竖直连通的测压管连接在被测实验装置上，利用精密电阻仪测量测压管中电阻值，据此确定管中低电导率缓冲液与高电导率测压液相交处液面高度，实现对高压条件下微压差的实时监测。本发明实施例的高压非稳定微压差计主要构成有：测压管，电阻仪，数据采集处理控制系统，低电导率缓冲液和高电导率测压液。
下面结合附图1，对本发明实施例的高压非稳定微压差计作详细说明。需要说明的是，在图1中，以高压非稳定微压差计包括4根测压管为例，说明解决高压条件下连续微压差实时监测的技术问题。本领域技术人员可以知晓，图1中4根测压管仅为一例，在实际实施时可以根据需要设置其它数量的多根测压管。
参考图1可以得知，本发明实施例的高压非稳定微压差计可以包括：
一组竖直且连通的测压管，通过信号线4与电阻仪2连接；电阻仪2与数据采集处理控制系统3连接；测压管内充满低电导率缓冲液和高电导率测压液；电阻仪2用于测量测压管内电阻；数据采集处理控制系统3用于将电阻仪2测得的电阻转换为压差。
本发明实施例的高压非稳定微压差计中，测压管最高可耐受100兆帕的压力，测压管内低电导率缓冲液和高电导率测压液，可在高压的实验环境中使用。测压管连接电阻仪，通过电阻仪监测管内电阻值的变化，并实时将监测数据反馈给数据采集处理控制系统，数据采集处理控制系统可以通过电阻的变化获知管内高电导率测压液的高度，从而实现对微压差的精确实时测量。实施例中，可以由一根或多根测压管连接电阻仪。如图1中是由第一根测压管6连接电阻仪2。
实施例中，测压管内充满低电导率缓冲液和高电导率测压液。在另一实施例中，测压管内可以预装合金丝5，如图1所示。实施时，在测压管内没有预装合金丝5和预装合金丝5的两种情况下，均能实现高压非稳定微压差的测量。
再如图1所示，在一个实施例中，在本发明实施例的高压非稳定微压差计中，还可以包括：分别与测压管连通的第一中间容器27和第二中间容器28；第一中间容器27装有高电导率测压液；第二中间容器28装有低电导率缓冲液；分别与第一中间容器27和第二中间容器28连通的注入泵31。
此外，在实施例中，每一测压管首尾两端可分别设一阀门，再通过设有阀门的中间管线与其它测压管连通；第一根测压管6首端管线上还设有首端接入阀1，最后一根测压管6首端管线上还设有尾端接入阀24；首端接入阀1连入高压实验环境首端；尾端接入阀24连入高压实验环境尾端。
下面进一步结合图1作详细说明。如图1所示，本发明实施例的高压非稳定微压差计，包括：
首端接入阀1，电阻仪2，数据采集处理控制系统3，信号线4，合金丝5，第一根测压管6，第二根测压管7，第三根测压管8，第四根测压管9，第一阀门10，第二阀门11，第三阀门12，第四阀门13，第五阀门14，第六阀门15，第七阀门16，第八阀门17，第九阀门18，第十阀门19，第十一阀门20，第十二阀门21，第十三阀门22，第十四阀门23，尾端接入阀24，第十五阀门25，第十六阀门26，第一中间容器27，第二中间容器28，第十七阀门29，第十八阀门30，注入泵31。
第一根测压管内部预先装有合金丝5并与管外信号线4相连接入电阻仪2，电阻仪2与数据采集处理控制系统3相连，第一根测压管6首端(顶部)与第一阀门10相连后，分别接首端接入阀1，及依次经第九阀门18和第二阀门11与第二根测压管7首端相连；第一根测压管6尾端(底部)依次经第五阀门14，第十二阀门21和第六阀门15与第二根测压管7尾端相连；第二根测压管7首端依次经第二阀门二11、第十阀门19和第三阀门12与第三根测压管8首端相连；第二根测压管7尾端依次经第六阀门15、第十三阀门22和第七阀门16与第三根测压管8尾端相连；第三根测压管8首端依次经第三阀门12、第十一阀门20和第四阀门13与第四根测压管9首端相连，第三根测压管8尾端依次经第七阀门16、第十四阀门23和第八阀门17与第四根测压管9尾端相连；第四根测压管9首端经第三阀门12连接尾端接入阀24。
首端接入阀1和尾端接入阀24分别从首端和尾端接入高压实验环境，为高压非稳定微压差计提供首端和尾端压力，作为高压非稳定微压差计的接入口。第一中间容器27，第二中间容器28分别装有高电导率测压液和低电导率缓冲液。第二中间容器28顶部连接于第十六阀门26，底部连接于第十八阀门30；第一中间容器27顶部连接于第十七阀门29，底部连接于第十五阀门25。第一中间容器27，第二中间容器28分别经第十七阀门29和第十八阀门30接入注入泵31。第四根测压管9首端还经第三阀门12和第十六阀门26连接第二中间容器28顶部；第四根测压管9尾端还经第八阀门17和第十五阀门25连接第一中间容器27底部。
在图1的示例中，多根测压管连通，合金丝装入第一根测压管，在多根测压管泵入低电导率缓冲液直至充满多根测压管，多根测压管从管底部泵入另外一种不同密度高电导率测压液，至高电导率测压液液位到达耐高压绝缘测量管中部后密封；第一根测压管两端与电阻仪相连，电阻仪再与数据采集处理控制系统相连，通过电阻仪测量管路中电阻，数据采集处理控制系统可以根据电阻仪测得的电阻识别两种不同密度不同电性液面交界处的位置，由此计算得到两种不同密度不同电性液面的高度，转换为压差。由此可见，本发明实施例的高压非稳定微压差计，通过向测压管中注入两种不同密度不同电性测压液，利用电阻仪和数据采集处理控制系统可以实现对高压条件下连续微压差实时监测。
在实施例中，测压管可以由非金属耐高压管制成，例如可以是耐高压玻璃管或其它非金属耐高压材料管，最高可承受100兆帕的压力。为了在较短实验时间内测量极低流量流体压差，耐高压测压管的内径可以设置的很小，例如耐高压测压管的内径大于等于1mm且小于等于2mm，如可以采用内径为2mm。为了获得较大的单组U型管量程，测压管长度可以较长，例如测压管的长度大于等于1.5m且小于等于2m。当然本领域技术人员可以理解，测压管内径和长度可以根据实际需求采用其它的取值。
在实施例中，注入泵31可以为高压泵。例如，可以为ISCO(100DX)双缸泵，泵体容积为103ml，流速范围：0.00001-45ml/min，压力范围：0-70MPa。第一中间容器27内为高电导率测压液，可选用水银等液体。第二中间容器28内为低电导率缓冲液，可选用饱和氯化钠溶液。当测压管中预装有合金丝时，低电导率缓冲液无需选用饱和氯化钠溶液，以自来水代替也可。
实施时，利用信号线4将测压管和管外的电阻仪2相连接，并接入数据采集处理控制系统3，实时控制并精确记录测压管内的电阻随时间的变化。通过电阻变化的信号可以用于精确识别两种不同密度不同电性的液体高度。当低电导率缓冲液(例如饱和氯化钠溶液)通过时，测压管内电阻达到最大，当有高电导率测压液(例如水银)通过时，测压管内电阻会随着两种液体界面位置的变化而产生规律变化，提供很强的电阻信号并可以连续实时记录，实现对高压条件下连续微压差实时监测。本发明实施例中可以选用精密电阻仪测量，测量频率最快可达到22次/秒，精度为0.05％。
本发明实施例中高压非稳定微压差计可以在高压环境下进行，例如该高压实验可以于100兆帕以下进行；所测量的非稳定微压差可以控制在较小的范围内，例如该非稳定微压差可以在0兆帕至2兆帕的范围内，也可以高于2兆帕。测压管可以承受高压，例如测压管可以承受小于等于100兆帕的压力。并且，可以采用复式U型管结构扩大测量范围。由于测压管长度不会太长，采用单组U型管，测量压差范围较小(0～0.2兆帕)；采用两组U型管，压差测量范围可扩至0～0.2兆帕。采用更多组的U型管，压差测量范围可扩至0～2兆帕，也可以高于2兆帕。
由上述实施例可以得知，本发明实施例的高压非稳定微压差计具有如下特点：
(1)本发明实施例的高压非稳定微压差计，选取的测压管可以承受较高的环境压力。通过实验可以得知，选用的电阻仪对两种测压液电性变化的识别可以达到0.1欧姆，通过调节高电导率测压液和低电导率缓冲液组合，可以测量的微压差分辨率下限为10-8兆帕，故可达到微压差的测量精度要求。
(2)本发明实施例的高压非稳定微压差计，通过电阻仪和数据采集处理控制系统可以实现对测压管内电阻随压差变化而变化的监测，从而实现对管内两种液体交界面位置变化进行实时监测，可以达到对高压条件下连续微压差实时监测，精确记录非稳态压力传播过程中微小压差脉动的时变特征的目的。
本发明实施例的高压非稳定微压差计的使用方法可以包括：
将低电导率缓冲液和高电导率测压液充满测压管；
将测压管密封后接入高压实验环境；
打开电阻仪2，监测测压管内电阻；
打开数据采集处理控制系统3，将电阻仪2测得的电阻转换为压差。
下面再以图1为例，说细说明本发明实施例的高压非稳定微压差计的使用方法。如图1所示，具体操作过程可以包括：
在开启高压非稳定微压差计之前，四根测压管上部分别通过管线与第一阀门10，第二阀门11，第三阀门12，第四阀门13，第九阀门18，第十阀门19，第十一阀门20，第十六阀门26相连接入第二中间容器28，下部分别通过管线与第五阀门14，第六阀门15，第七阀门16，第八阀门17，第十二阀门21，第十三阀门22，第十四阀门23，第十五阀门25相连接入第一中间容器27。打开首端接入阀1，第一阀门10，第二阀门11，第三阀门12，第四阀门13，第五阀门14，第六阀门15，第七阀门16，第八阀门17，第十阀门19，第十二阀门21，第十四阀门23，尾端接入阀24，第十六阀门26，第十八阀门30，关闭其他阀门。
当完成上述阀门操作之后，注入泵31以一定流速恒流速(0.1-1ml/min)将第二中间容器28中的低电导率缓冲液注入到测压管至完全充满。
测压管内充满低电导率缓冲液后，再打开第五阀门14，第六阀门15，第七阀门16，第八阀门17，第十二阀门21，第十三阀门22，第十四阀门23，第十五阀门25，第十七阀门29，关闭其他阀门。在注入泵31的压力作用下将第一中间容器27中的高电导率测压液(例如水银)泵入测压管至1/2处。
调整平齐测压管内高电导率测压液高度后，打开首端接入阀1，第一阀门10，第二阀门11，第三阀门12，第四阀门13，第九阀门18，第十阀门19，第十一阀门20，关闭其他阀门，将首端接入阀1连入高压实验环境首端。
首端接入阀1接入高压实验环境首端后，关闭第九阀门18，第十一阀门20，第十三阀门22，第十五阀门25，第十六阀门26，第十七阀门29，第十八阀门30，打开其他阀门，将尾端接入阀24接入高压实验环境的尾端。
打开电阻仪2和数据采集处理控制系统3开始准备测量记录，监测电阻仪2和数据采集处理控制系统3电阻变化，记录电阻值，换算获得压差结果。
将高电导率测压液(例如水银)泵入测压管中间位置，此时高电导率测压液的电阻与低电导率缓冲液的电阻并联。当存在极微压差时，测压管内液面会发生移动，入口端处的压力较高，两种不同电性不同密度的液体的交界面上升，电阻值减小，由此可以精确的识别低电导率缓冲液和高电导率测压液的交界面，利用电阻值变化得出交界面所处的位置，从而转换为压差。
本发明实施例还提供上述高压非稳定微压差计的校核方法，在实施例中可以在常压条件利用同等数量的可视U型管与本发明实施例的高压非稳定微压差计并联连接，保持尾端压力不变，同时向首端施加一系列不同的微小压力变化，记录本发明实施例的高压非稳定微压差计中电阻仪显示的电阻数据和可视U型管的液面高度变化及微压差变化。为实现精确校核，可视U型管可以采用与本发明实施例的高压非稳定微压差计相同长度规格的透明塑料管。
在实施例中，可以根据本发明实施例的高压非稳定微压差计中的电阻仪显示的电阻数据和可视U型管的液面高度变化及微压差变化，回归电阻-压差之间的关系，建立标准直线，如图2所示的常压下电阻-高度(压差)测量校准示意图，可以由常压条件下电阻-高度(微压差)测量校核结果得到标准直线公式：
P＝-0.25456R+0.27242；
其中，P为微压差，R为电阻。
该标准直线公式可以作为本发明实施例的高压非稳定微压差计使用时电阻-压差换算关系的标准。对于本发明实施例的高压非稳定微压差计，只要选用相同规格的测压管，管内泵入相同体积的高电导率测压液体就可以用相同的标准直线公式进行电阻-压差换算。
实施例中，本发明实施例的高压非稳定微压差计可以利用U型管测压原理，采用耐高压绝缘管作为测压管，通过精密电阻仪和数据采集处理控制系统显示测量管通路中电阻，从而识别两种不同密度不同电性液面的位置，由此计算得到两种不同密度不同电性液面交界处的高度，转换成压差数据显示并记录。实施例中本发明实施例的高压非稳定微压差计的最小精度可以达到2.5456×10-5兆帕。
综上所述，本发明实施例的高压非稳定微压差计，可以承受很高的环境压力，达到微压差的测量精度要求；可以实现高压条件下非稳定微压差的实时监测，并且可实时记录实验过程中的压差微小波动。
本发明实施例的高压非稳定微压差计适用于高压实验的非稳定微压差测量，特别适用于高压环境下微尺度流动与渗流实验中微小压力脉动的实时测量。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压非稳定微压差计，其特征在于，包括：
一组竖直且连通的测压管，通过信号线(4)与电阻仪(2)连接；电阻仪(2)与数据采集处理控制系统(3)连接；
测压管内充满低电导率缓冲液和高电导率测压液，所述低电导率缓冲液为饱和氯化钠溶液，所述高电导率测压液为水银；电阻仪(2)用于测量测压管内电阻；数据采集处理控制系统(3)用于将电阻仪(2)测得的电阻转换为压差。
2.如权利要求1所述的高压非稳定微压差计，其特征在于，测压管内预装有合金丝(5)。
3.如权利要求1所述的高压非稳定微压差计，其特征在于，测压管内径大于等于1mm且小于等于2mm；和/或，测压管长度大于等于1.5m且小于等于2m。
4.如权利要求1所述的高压非稳定微压差计，其特征在于，还包括：
分别与测压管连通的第一中间容器(27)和第二中间容器(28)；第一中间容器(27)装有高电导率测压液；第二中间容器(28)装有低电导率缓冲液；
分别与第一中间容器(27)和第二中间容器(28)连通的注入泵(31)。
5.如权利要求4所述的高压非稳定微压差计，其特征在于，注入泵(31)为高压泵。
6.如权利要求1至5任一项所述的高压非稳定微压差计，其特征在于，每一测压管首尾两端分别设一阀门，再通过设有阀门的中间管线与其它测压管连通；第一根测压管(6)首端管线上还设有首端接入阀(1)，最后一根测压管(6)首端管线上还设有尾端接入阀(24)；首端接入阀(1)连入高压实验环境首端；尾端接入阀(24)连入高压实验环境尾端。
7.如权利要求1所述的高压非稳定微压差计，其特征在于，所述高压非稳定微压差计用于100兆帕以下的高压实验。
8.一种权利要求1至7任一所述高压非稳定微压差计的使用方法，其特征在于，包括：
将低电导率缓冲液和高电导率测压液充满测压管；
将测压管密封后接入高压实验环境；
打开电阻仪(2)，监测测压管内电阻；
打开数据采集处理控制系统(3)，将电阻仪(2)测得的电阻转换为压差。
9.一种权利要求1至7任一所述高压非稳定微压差计的校核方法，其特征在于，包括：
在常压条件将数量相同的可视U型管与所述高压非稳定微压差计并联连接，保持尾端压力不变，同时向首端施加一系列不同的微小压力变化，记录所述高压非稳定微压差计中电阻仪(2)显示的电阻数据和可视U型管的液面高度变化及微压差变化。
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