CN111693106A - 一种高压高精度极低动态流量测量试验装置 - Google Patents

一种高压高精度极低动态流量测量试验装置 Download PDF

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苏晓玉
冯增朝
李学成
王幸
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    • G01N3/12Pressure testing

Abstract

本发明公开了一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,涉及岩石力学与岩石工程技术领域;解决在极高压力、极低流量/流速条件下无法精确地监测水力压裂试验中各压裂孔内的流量随时间动态演化规律的问题;具体包括高压密闭釜、距离测量装置和注排液装置,通过注排液装置分别从高压密闭釜的底部和顶部向流体空腔内进行注液和排液动作,进而使高压密闭釜内的密封联动活塞杆与外部的距离测量装置联动,测量活塞移动距离计算任意时间节点的流量;本发明通过耐高压的缸体釜进而实现对多孔水力压裂试验过程中各压裂孔内的流量分布规律随时间的演化特征,可有效的监测极低流量的分配规律,监测精度有效提高。

Description

一种高压高精度极低动态流量测量试验装置
技术领域
本发明属于岩石力学与岩石工程技术领域,涉及一种高压高精度极低动态流量测量试验装置;适用于水力压裂试验多孔压裂过程中,对各压裂孔内注液流体随时间动态演化特征的研究。
背景技术
流量是指单位时间内流经封闭管道或明渠有效截面的流体量,又称瞬时流量。当流体量以体积表示时称为体积流量;当流体量以质量表示时称为质量流量。单位时间内流过某一段管道的流体的体积,称为该横截面的体积流量。简称为流量,用Q来表示。针对流量的监测方法,主要有容积式流量计、压差流量计、科里奥利质量流量计、超声波流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计等。
已有的流量计大都是可以准确的监测任意时间节点内的流量,但是其耐压效果极差,通常只有0~5MPa,且数据采集精度也不够高。通常条件下的流量监测针对的是大流量、较大的注液速率,因此,误差也通常极大。随着油气开采领域的不断革新与发展,多射孔压裂条件下各压裂孔的流量的不同会导致裂缝扩展形态存在较大的差异,有效的监测各压裂孔内的流量分布规律对其改造储层的压裂裂缝形态,进而提高储层渗透性,提高煤层气资源抽采率具有显著的意义。
目前针对流量的监测装置与方法中取得了一定的研究成果,涉及流量监测装置的专利主要有:浙江大学沈新荣的“一种差压式流量测量方法及流量装置(CN200610154762.2)”,提供一种低压损宽量程比的孔板节流差压式流量测量方法及流量测量装置,该专利主要针对大流量的检测方法,流量均在m3/h,且不耐压。微动公司C•B•麦卡纳利的“流量装置及其操作方法(CN200780101093.5)”;银川银川融神威自动化仪表厂(有限公司)唐陈一郎的“一种流量系数标定、流量计检定方法和标准流量装置”,主要申请保护一种流量系数标定方法,流量计检定方法和标准流量装置;中国台湾省优化水务股份有限公司黄佑仲的“智能型流量装置(CN201710735060.1)”,通过该流体流量的多频侦测及资料压缩,以减少电能消耗与数据储存资源的浪费;并针对某一时段内流体流量变化趋势做特定事件纪录;湖南山水节能科技股份有限公司张智勇的“加气调节流量装置(CN201410544925.2)”,他主要公开了一种流量调节装置,并未涉及流量的监测等方面内容;林德股份公司P・兰伯特的“流量装置(CN201380051629.2)”,主要涉及贮存压力流体的容器的流量装置。现有的关于流量监测的公开专利中,均是针对大流量管路的液体、气体流量监测,流量监测范围大多为0.1~10m3/h,误差范围相对室内试验来讲极大,且流量计的耐压承受较小,一般条件下处于0~55MPa范围内,在较高的流体压力条件下,流量计均会损坏失效。
综上所述,亟需一种高压高精度动态极低流量测量试验装置,进而有效解决室内水力压裂试验中对多孔压裂条件下的各孔的流量动态演化规律进行监测,进而提出相应的技术措施有效改善储层渗透性,进而提高储层油气资源的抽采率。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足,提出一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,解决在极高压力、极低流量/流速条件下无法精确地监测水力压裂试验中各压裂孔内的流量随时间动态演化规律的问题。用于检测试验装置的高压、极低流速条件下各压裂孔的注液流量随时间的动态演化规律。
为了达到上述目的,本发明是通过如下技术方案实现的。
一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,包括高压密闭釜、距离测量装置和注排液装置,所述高压密闭釜内设置有流体空腔,所述流体空腔内设置有密封联动活塞杆,所述密封联动活塞杆远离密封活塞的一端通过连接杆与位于高压密闭釜外部的轴向杆件相连,轴向杆件与密封联动活塞杆平行联动且轴向杆件的底端与密封活塞齐平;所述距离测量装置通过固定件轴向设置在高压密闭釜的外壁,所述轴向杆件与距离测量装置同轴设置;所述高压密闭釜的底部和顶部分别连接有注排液装置,用于分别从高压密闭釜的底部和顶部向流体空腔内进行注液和排液动作。
优选的,所述轴向杆件为空心结构,距离测量装置设置在轴向杆件的空心结构内。
优选的,所述距离测量装置为游标卡尺,轴向杆件的底部与游标卡尺的滑动游标相连接。
进一步优选的方案为,所述轴向杆件的底部连接有数据读取装置。
进一步优选方案为,所述数据读取装置为与游标卡尺相匹配的微型数据显示器,所述微型数据显示器连接有数据采集器。
优选的,所述的高压密闭釜的设置压力为0~70 MPa。
优选的,所述注排液装置包括控制阀和注液泵,通过控制阀对进入流体空腔内的液体进行流速控制。
进一步优选,所述流速控制在0~50 mL/min。
进一步优选,高压密闭釜底部连接的注排液装置的控制阀为双向单通阀,顶部连接的注排液装置的控制阀为单向双通阀。
更进一步,高压密闭釜底部连接的注排液装置的注液泵为恒流恒压双缸泵。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
本发明高压高精度动态极低流量测量试验装置是通过流体的注液、排液过程进而推动密封联动活塞杆,同步带动轴向杆件在测量距离装置上的相对移动读取活塞行走距离,通过控制液体进入流体空腔的流速进而对压裂液体的流量进行动态的监测过程。因此,在水力压裂试验过程中,就可以将高压密闭釜与试件的压裂管路相连接,通过注排液装置的工作带动活塞与距离读数装置联动,进而完成压裂过程中的流体流量监测过程。
通过耐高压的缸体釜进而实现对多孔水力压裂试验过程中各压裂孔内的流量分布规律随时间的演化特征,还可以有效的监测极低流量的分配规律,监测精度有效提高。
附图说明
图1为本发明实施例所述动态流量测量试验装置测量归零状态的结构示意图。
图2为本发明实施例所述动态流量测量试验装置测量过程中的结构示意图。
其中,1为数据采集器,2为轴向杆件,3为游标卡尺,4为双向单通阀,5为单向双通阀,6为密封联动活塞杆,7为微型数据显示器,8为高压密闭釜,9为流体空腔,10为游标卡尺固定夹子,11为第一开关,12为第二开关,13为第三开关,14为第四开关,15为密封活塞。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,结合实施例和附图,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案,但保护范围不被此限制。
结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述的一种高压高精度动态极低流量测量试验装置,该试验装置用于监测高压、极低流量条件下多孔水力压裂试验过程中各压裂孔内的流量随时间的动态演化规律。
该试验装置是由数据采集器1、轴向杆件2、游标卡尺3、双向单通阀4、单向双通阀5、密封联动活塞杆6、微型数据显示器7、高压密闭釜8、流体空腔9、游标卡尺固定夹子10等几部分组成。
其中,高压密闭釜8可以耐压0~70 MPa,且釜内留设体积为200 mL密闭的流体空腔9;游标卡尺3的有效测量高度为0~80 mm,且监测精度精位移量为0.02mm;与游标卡尺3相匹配的微型数据显示器7是瑞士MSR型号:MSR145WD的数显微型无线数据记录仪,微型数据显示器7能够自动储存实时数据,通过BLE蓝牙将测量的距离数据实时传输给数据采集器1,数据采集器1为手机或电脑终端设备,通过安装与微型数据显示器7相匹配的APP,基于MSR智慧云SmartClou将数据进行准确记录、计算,进而精确地测量任意时间节点的流速情况。
本装置具体的结构为:密封联动活塞杆6设置在流体空腔9内,游标卡尺3通过游标卡尺固定夹子10固定在高压密闭釜8外壁,且游标卡尺3与密封联动活塞杆6轴向平行,游标卡尺固定夹子10将游标卡尺3稳定固定,使其在注液、排液过程中不会发生微小的形变或者扭动;密封联动活塞杆6远离密封活塞15的一端通过连接杆与位于高压密闭釜8外部的轴向杆件2相连,轴向杆件2为一圆柱形的空心杆,轴向杆件2套在游标卡尺3外部并且将轴向杆件2的底端与游标卡尺3的活动游标固定连接,轴向杆件2与密封联动活塞杆6平行联动且轴向杆件2底端的活动游标与密封活塞15齐平;使密封活塞15位于流体空腔9的底部时游标卡尺3的度数为零,这样在使密封活塞15在移动时可同步带动活动游标移动,进而可以准确读取密封活塞15的移动距离。
高压密闭釜8的底部和顶部分别连接有注排液装置,用于分别从高压密闭釜8的底部和顶部向流体空腔内进行注液和排液动作。注排液装置包括控制阀和注液泵(图中未示出),通过控制阀对进入流体空腔内的液体进行流速控制。其中,高压密闭釜8底部连接的注排液装置的控制阀为双向单通阀4,顶部连接的注排液装置的控制阀为单向双通阀5,高压密闭釜8底部连接的注排液装置的注液泵为恒流恒压双缸泵(图中未示出)。双向单通阀4、单向双通阀5是可以实现对流体空腔9进行单向注、排液,且通过注排液过程控制密封联动活塞杆6;
在本实施方式中,注液过程中,打开单向双通阀5的第二开关12并与注液泵相连接,关闭单向双通阀5的第一开关11,同时,打开双向单通阀4的第四开关14用于排除腔内液体,关闭双向单通阀4的第三开关13,通过注液泵不断向流体空腔9注液,推动密封联动活塞杆6向下移动,并带动轴向杆件2、微型数据显示器7向下方移动,进而推动游标卡尺归零;排液压裂过程中,打开第三开关13并与恒流恒压双缸泵连接,关闭第四开关14,同时,关闭单向双通阀5的第二开关12,打开第一开关11,通过第三开关13不断注液推动密封联动活塞杆6向上移动,并带动轴向杆件2、微型数据显示器7向上方移动,进而推动游标卡尺的游标移动。注液、排液过程通过游标卡尺的移动距离进而得到流量的演化规律。游标卡尺3的游标每移动10 mm对应釜内流出液体25 mL。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,其特征在于,包括高压密闭釜、距离测量装置和注排液装置,所述高压密闭釜内设置有流体空腔,所述流体空腔内设置有密封联动活塞杆,所述密封联动活塞杆远离密封活塞的一端通过连接杆与位于高压密闭釜外部的轴向杆件相连,轴向杆件与密封联动活塞杆平行联动且轴向杆件的底端与密封活塞齐平;所述距离测量装置通过固定件轴向设置在高压密闭釜的外壁,所述轴向杆件与距离测量装置同轴设置;所述高压密闭釜的底部和顶部分别连接有注排液装置,用于分别从高压密闭釜的底部和顶部向流体空腔内进行注液和排液动作。
2.根据权利要求1所述的一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,其特征在于,所述轴向杆件为空心结构,距离测量装置设置在轴向杆件的空心结构内。
3.根据权利要求1或2所述的一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,其特征在于,所述距离测量装置为游标卡尺,轴向杆件的底部与游标卡尺的滑动游标相连接。
4.根据权利要求3所述的一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,其特征在于,所述轴向杆件的底部连接有数据读取装置。
5.根据权利要求4所述的一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,其特征在于,所述数据读取装置为与游标卡尺相匹配的微型数据显示器,所述微型数据显示器连接有数据采集器。
6.根据权利要求1所述的一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,其特征在于,所述的高压密闭釜的设置压力为0~70 MPa。
7.根据权利要求1所述的一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,其特征在于,所述注排液装置包括控制阀和注液泵,通过控制阀对进入流体空腔内的液体进行流速控制。
8.根据权利要求7所述的一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,其特征在于,所述流速控制在0~50 mL/min。
9.根据权利要求7或8所述的一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,其特征在于,高压密闭釜底部连接的注排液装置的控制阀为双向单通阀,顶部连接的注排液装置的控制阀为单向双通阀。
10.根据权利要求9所述的一种高压高精度极低动态流量测量试验装置,其特征在于,高压密闭釜底部连接的注排液装置的注液泵为恒流恒压双缸泵。
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