CN110793707B - 一种具有数显压力监测功能的中间容器 - Google Patents
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Abstract
一种具有数显压力监测功能的中间容器。该装置主要包括数据处理及显示系统（1）、控制柜（2）、旋转电机(3)、搅拌桨(4)、中空限位卡环(5)、上盖(6)、瓶身(7)、活塞(8)、上部压力传感层(9)、下部压力传感层(10)、进液阀门(11)、出液阀门(12)、加热电阻丝（13）、温控探针（14）和压力传输线路（15）；所述中间容器通过控制柜监测活塞上、下部的压力状态，在考虑活塞上部液体重力变化影响基础上结合驱油剂体积变化，通过控制柜内部程序计算给出注入端压力，以及监测容器实验过程中自身密闭性。本种容器可以解决石油化工类驱替实验中容器注入端压力以及自身密闭性难以精准监测的问题，提高了驱替实验的成功概率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于石油化工类驱替实验中的中间容器。
背景技术
在油田实际储层开发过程中，往往需要通过室内实验研究来进行相关参数优化与决策。岩心驱替实验作为重要物理模拟手段之一已经受到了石油行业科技工作人员的普遍重视。岩心驱替实验过程中，驱油剂通常被放置于中间容器中，然后被航空煤油顶替液顶替泵入岩心内部。然而，目前部分驱油剂的合成原料中含有油溶组分，不能与航空煤油顶替液直接接触，因此在实验过程中通常使用活塞中间容器盛放驱油剂。然而，目前市面上现有中间容器实验过程中存在如下两方面问题：（1）实验中若想直接采集注入端真实压力数据，应该将压力传感器与注入端直接相连，然而部分驱油剂含有多种化学成分，不能将压力传感器与中间容器出液口直接相连，否则驱油剂进入压力传感器内部对传感器造成破坏，进而降低实验压力精度，但若将压力传感器与容器进液口相连，让顶替液通过压力传感器，虽然压力传感器设备不受影响，但压力值却是岩心注入端压力、活塞运移过程中与壁面摩擦力以及活塞上部驱油剂重力的综合反映，无法直接反映驱油剂在岩心注入端的压力值，当岩心渗透率过大时，此类影响带来的实验误差更加明显；（2）活塞中间容器在使用过程不可避免与容器内壁发生摩擦，长此以往活塞发生机械损耗，可能发生运移摩阻增大或者活塞密封不严实，进而造成压力值偏差较大或活塞上下液体互窜，因此需要定期进行检修，但检修时刻又无法精准把握。因此，如何设计出一款既能精准反映岩心注入端压力又能监测活塞工况的中间容器成为了石油科技工作者关注的热点。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种具有数显压力监测功能的中间容器,利用该装置可以解决了石油化工类驱替实验中注入端压力精准监测以及容器自身密闭性检测问题，提高了驱替实验注入压力监测精度和中间容器检修效率。
本发明的技术方案是：该具有数显压力监测功能的中间容器，包括数据处理及显示系统和控制柜，其独特之处在于：所述中间容器还包括旋转电机、搅拌桨、中空限位卡环、上盖、瓶身、活塞、上部压力传感层、下部压力传感层、进液阀门、出液阀门、加热电阻丝、温控探针和压力传输线路；上盖内部具有集成电路，用于连接控制柜和旋转电机、搅拌桨及压力传输线路，数据处理及显示系统用于显示注入过程岩心端面压力、活塞与瓶身之间的摩擦力；控制柜用于设置好相关参数对位于中空限位卡环内部的加热电阻丝控制加热温度，加热电阻丝用于加热驱油剂，模拟实验温度，实验可控温度在20°C ~150°C。
驱动旋转电机控制搅拌桨转速，进而搅拌驱油剂，保证颗粒类驱油剂在液体中的分散效果；上部压力传感层和下部压力传感层分别用于监测容器上、下腔室中液体作用于活塞上下壁面的压力，上部压力传感层、下部压力传感层与活塞之间通过螺栓连接，上部压力传感层及下部压力传感层采集的数据通过压力传输线路传递给控制柜；中空限位卡环安装于中间容器上盖下部，可防止活塞顶替到容器上盖内壁，进液阀门和出液阀门分别用于进出液体。
上部压力传感层及下部压力传感层为压电式压力传感器，用于在工作过程中将传感面受到的压力转换为电信号，然后通过压力传输线路传递给控制柜。
所述中空限位卡环、上盖、瓶身、活塞、上部压力传感层、下部压力传感层、进液阀门、出液阀门和温控探针由耐酸耐碱合金材料制成；搅拌桨由聚四氟材料制成；压力传输线路表面为绝缘材料，直径为0.5cm，可自由伸缩，通过螺纹结构与上盖和上部压力传感层相连接；上部压力传感层和下部压力传感层为FC-LW系列环形载荷测力传感器，传感器表面为压力传感面，能够感应上下液体压力，使用温度范围为-30～+80℃，灵敏度为2.0~4.0 mV/V。
本发明具有如下有益效果：（1）针对现有活塞中间容器设计缺陷，重新设计容器结构，首次提出排除驱油剂重力和活塞运移阻力影响，能够精准检测注入端实际压力值，可有效避免因为容器自身结构所带来的注入压力误差；（2）可实时监测活塞运移工况，若活塞出现问题，可实时进行检修，提高了实验操作人员检修效率和实验精度；（3）加热、搅拌部件集成度高、结构装置简单，实验过程中易于搬迁。
附图说明：
图1为本发明所述中间容器的结构示意图；
图2为本发明一个具体实施例中岩心驱替实验注入端压力随时间变化曲线；
图3为本发明一个具体实施例中活塞运移阻力随时间变化曲线。
图中1-数据处理及显示系统，2-控制柜，3-旋转电机，4-搅拌桨，5-中空限位卡环，6-上盖，7-瓶身，8-活塞，9-上部压力传感层，10-下部压力传感层，11-进液阀门，12-出液阀门，13-加热电阻丝，14-温控探针。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本种具有数显压力监测功能的中间容器，包括数据处理及显示系统1和控制柜2，其独特之处在于：所述中间容器还包括旋转电机3、搅拌桨4、中空限位卡环5、上盖6、瓶身7、活塞8、上部压力传感层9、下部压力传感层10、进液阀门11、出液阀门12、加热电阻丝13、温控探针14和压力传输线路15。上盖6内部具有集成电路，用于连接控制柜2和旋转电机3、搅拌桨4及压力传输线路15，数据处理及显示系统1用于显示注入过程岩心端面压力、活塞与瓶身之间的摩擦力；控制柜2用于设置好相关参数对位于中空限位卡环5内部的加热电阻丝13控制加热温度，加热电阻丝13用于加热驱油剂，模拟实验温度，实验可控温度在20°C ~150°C。
驱动旋转电机3控制搅拌桨4转速，进而搅拌驱油剂，保证颗粒类驱油剂在液体中的分散效果；上部压力传感层9和下部压力传感层10分别用于监测容器上、下腔室中液体作用于活塞上下壁面的压力，上部压力传感层9、下部压力传感层10与活塞8之间通过螺栓连接，上部压力传感层9及下部压力传感层10采集的数据通过压力传输线路15传递给控制柜2；中空限位卡环5安装于中间容器上盖下部，可防止活塞顶替到容器上盖内壁，进液阀门11和出液阀门12分别用于进出液体。
上部压力传感层9及下部压力传感层10可以为压电式压力传感器，用于在工作过程中将传感面受到的压力转换为电信号，然后通过压力传输线路15传递给控制柜2。
所述中空限位卡环5、上盖6、瓶身7、活塞8、上部压力传感层9、下部压力传感层10、进液阀门11、出液阀门12和温控探针14由耐酸耐碱合金材料制成。搅拌桨4由聚四氟材料制成；压力传输线路15表面为绝缘材料，直径为0.5cm，可自由伸缩，通过螺纹结构与上盖6和上部压力传感层9相连接；上部压力传感层9和下部压力传感层10为FC-LW系列环形载荷测力传感器，传感器表面为压力传感面，能够感应上下液体压力，使用温度范围为-30～+80℃，灵敏度为2.0~4.0 mV/V。
该中间容器使用步骤如下：
1）将V1 mL体积驱油剂从容器上部装入内筒半径r的中间容器瓶身内部，然后旋转盖紧上盖，保证液体从出液阀门溢出，收集并计量溢出液体体积V2mL，保证容器上部内部没有气体，计算留存于容器内部驱油剂体积V3= V2-V1；
2）通过控制柜设置加热温度T摄氏度，搅拌桨转速，加热并搅拌驱油剂；
3）将进液阀门和注入泵相连，通过控制柜设置注入泵流量为Q mL/min，从进液阀门注入顶替液，数据处理及显示系统采集上部压力传感层、下部压力传感层承受压力值和注入时间t min，实验测试中压力均为KPa级别，上部压力传感层承受压力为P1、下部压力传感层(10)承受压力为P2。
4）注入过程中管线内部存液较少可以忽略，数据处理及显示系统根据采集压力值计算注入端实际注入压力值P3=P1-0.98（V3-Qt）pg/π/r2，式中p为驱油剂密度，g/cm3; g为重力加速度，m/s2,取值9.8 N/Kg；r-容器内筒半径，cm。由于活塞在正常驱替过程中结构性质不会改变，所以活塞与瓶身之间摩擦力和自身重力共同反应的压力P4应基本保持不变，P4=P2- P1，系统同时自动绘制压力P3、P4随时间变化曲线。
测试过程中：中间容器上盖内部具有集成电路，用于连接控制柜和旋转电机、搅拌桨及压力传输线路，数据处理及显示系统用于显示注入过程岩心端面压力、活塞与瓶身之间的摩擦力；控制柜设置好相关参数后，控制加热电阻丝实现加热温度，旋转电机控制搅拌桨转速，进而搅拌驱油剂，保证颗粒类驱油剂在液体中的分散效果；上部压力传感层和下部压力传感层分别监测容器上、下腔室中液体作用于活塞上下壁面的压力，上部压力传感层及下部压力传感层将传感面受到的压力转换为电信号，然后将采集的数据通过压力传输线路传递给控制柜；中空限位卡环安装于中间容器上盖下部，可防止活塞顶替到容器上盖内壁，具体操作步骤如下：
下面给出本中间容器接入装置后的一个实例操作步骤：
1）将V1=500mL聚合物微球溶液（溶液密度p=1.07g/cm3）从容器上部装入内半径r=3cm的中间容器瓶身，然后旋转盖紧上盖，保证液体从出液阀门溢出，收集并计量溢出液体体积V2=20mL，保证容器上部内部没有气体，计算留存于容器内部驱油剂体积V3= V2-V1=500-20=480 mL；
2）通过控制柜设置加热温度T=65°C，搅拌桨转速=300rad/min，加热并搅拌驱油剂；
3）将进液阀门和注入泵相连，通过控制柜设置注入泵流量为Q=0.3mL/min，从进液阀门注入顶替液，数据处理及显示系统采集不同时刻上部压力传感层和下部压力传感层承受压力值和最终整体注入时间t min，上部压力传感层承受压力为P1、下部压力传感层承受压力为P2。
4）注入过程中管线内部存液较少可以忽略，数据处理及显示系统根据采集压力值计算注入端实际注入压力值P3= P1-0.98（V3-Qt）pg/π/r2，由于活塞在正常驱替过程中结构性质不会改变，所以活塞与瓶身之间摩擦力和自身重力共同反应的压力P4应基本保持不变，P4= P2- P1,系统同时自动绘制压力P3、P4随时间变化曲线见图2和图3。
对比本发明涉及具有数显压力监测功能的中间容器以及常规中间容器压力P3随时间变化曲线可以看出，该发明涉及容器所获取的注入压力较小，有效排除了液体自身重力和活塞运移阻力的影响。此外常规中间容器无法获取压力P4，该发明容器可直观给出活塞运移阻力变化，除了偶尔初始启动过程中压力有所波动，该曲线正常工况下为趋近于平稳状态，若曲线上翘说明运移阻力增加，下降说明活塞上、下面发生窜漏现象，应该及时检修。
Claims (1)
1.一种具有数显压力监测功能的中间容器，包括数据处理及显示系统(1)和控制柜(2)，其特征在于：所述中间容器还包括旋转电机(3)、搅拌桨(4)、中空限位卡环(5)、上盖(6)、瓶身(7)、活塞(8)、上部压力传感层(9)、下部压力传感层(10)、进液阀门(11)、出液阀门(12)、加热电阻丝(13)、温控探针(14)和压力传输线路(15)；上盖(6)内部具有集成电路，用于连接控制柜(2)和旋转电机(3)、搅拌桨(4)及压力传输线路(15)，数据处理及显示系统(1)用于显示注入过程岩心端面压力、活塞与瓶身之间的摩擦力；控制柜(2)用于设置好相关参数对位于中空限位卡环(5)内部的加热电阻丝(13)控制加热温度，加热电阻丝(13)用于加热驱油剂，模拟实验温度，实验可控温度在20℃～150℃；
驱动旋转电机(3)控制搅拌桨(4)转速，进而搅拌驱油剂，保证颗粒类驱油剂在液体中的分散效果；上部压力传感层(9)和下部压力传感层(10)分别用于监测容器上、下腔室中液体作用于活塞上下壁面的压力，上部压力传感层(9)、下部压力传感层(10)与活塞(8)之间通过螺栓连接，上部压力传感层(9)及下部压力传感层(10)采集的数据通过压力传输线路(15)传递给控制柜(2)；数据处理及显示系统根据采集压力值计算注入端实际注入压力值P3＝P1-0.98(V3-Qt)pg/π/r2，其中，式中p为驱油剂密度，g/cm3，g为重力加速度，m/s2，取值9.8N/kg，r为容器内筒半径，cm；由于活塞在正常驱替过程中结构性质不会改变，所以活塞与瓶身之间摩擦力和自身重力共同反应的压力P4基本保持不变，P4＝P2-P1，系统同时自动绘制压力P3、P4随时间变化曲线，其中上部压力传感层承受压力为P1，下部压力传感层承受的压力为P2；中空限位卡环(5)安装于中间容器上盖下部，可防止活塞顶替到容器上盖内壁，进液阀门(11)和出液阀门(12)分别用于进出液体；
上部压力传感层(9)及下部压力传感层(10)为压电式压力传感器，用于在工作过程中将传感面受到的压力转换为电信号，然后通过压力传输线路(15)传递给控制柜(2)；
所述中空限位卡环(5)、上盖(6)、瓶身(7)、活塞(8)、上部压力传感层(9)、下部压力传感层(10)、进液阀门(11)、出液阀门(12)和温控探针(14)由耐酸耐碱合金材料制成；搅拌桨(4)由聚四氟材料制成；压力传输线路(15)表面为绝缘材料，直径为0.5cm，可自由伸缩，通过螺纹结构与上盖(6)和上部压力传感层(9)相连接；上部压力传感层(9)和下部压力传感层(10)为FC-LW系列环形载荷测力传感器，传感器表面为压力传感面，能够感应上下液体压力，使用温度范围为-30～+80℃，灵敏度为2.0～4.0mV/V。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210514 Termination date: 20211110 |
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