CN205941265U - 一种密度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种密度测量装置，包括混砂罐、混砂车数采仪表和科氏力质量流量计，科氏力质量流量计与混砂车数采仪表电连接；混砂罐的出口连接着排出主管汇，排出主管汇和混砂罐入口之间连接着一路旁通管线，流量管串接在该旁通管线上，流量管采用全直管垂直安装，液体流向自下而上。由于没有使用铯‑137作为测量介质，因此与传统的放射性密度计相比，一方面具有无辐射的优点，另一方面满足现有压裂施工中对密度测量的严苛要求，本实用新型采用科氏力原理，将原有的科氏力质量流量计进行改进并应用于压裂施工过程中，即能保证支撑剂密度和浓度的精确测量，又通过柔性软管和钛材料的使用，避免了支撑剂对管路磨损、液体腐蚀和承压的问题。

Description

一种密度测量装置

技术领域

本实用新型属于石油开采技术领域，具体涉及一种压裂用密度测量装置。

背景技术

压裂工艺是油气藏增产的有效措施，压裂过程中混砂车作为各项工艺技术实现的核心设备，其性能是否完好关系着整个施工的成本和地层的改造效果。混砂车最关键的自动控制技术即为自动密度控制技术——ADC（Automatic Density Control），该项技术主要是指在作业前施工员根据压裂施工设计将目的层段的加砂泵注程序输入混砂车计算机，在施工时混砂车的内部计算机将根据泵注程序自动调整输砂绞轮加砂速度，根据密度计实时测量反馈，确保实际施工数据能够与设计吻合。由此可以看出，密度计的实时测量尤为重要，如果密度计测量误差大，将直接导致自动加砂功能失灵，泵注设计程序不能正常进行，也就导致地层无法达到预期的改造效果，从而影响地层改造的增产效果。

目前压裂施工中，常见的支撑剂含砂浓度测量均采用放射性元素铯137作为测量介质，该种方式存在安全兼管难度大，风险高，影响员工身心健康等不利因素，因此有必要通过技术研究一种非放射性的密度测量方式，一方面解决安全环保的难题，一方面满足现有压裂施工中对密度测量的苛刻要求。目前市场压裂施工中混砂车测量支撑剂浓度有两种方式：一种是通过搅轮转速信号进行模拟计算表征压裂施工含砂浓度；另一种是利用放射性元素铯-137作为密度计测量介质。前者具有数据失真、不能真实反应施工过程等缺点；后者虽然数据采集的精度高，但由于国家对于放射源的管理严格，在前期的采购过程中，用户需要到相关部门办理复杂的手续；并且在后期的使用、管理和维护过程中，需要定期到相关安全环保部门进行安全审核，还需要对接触密度计设备的员工定期进行辐射量计量检验与健康检查，给生产生活带来了极大的不便与隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有的用于测量支撑剂浓度的装置存在采集的数据失真以及在使用放射源测量支撑剂浓度时，存在环保和安全隐患的问题。

为此，本实用新型提供了一种密度测量装置，包括混砂车数采仪表和混砂罐，混砂罐的出口连接着上游排出主管汇，上游排出主管汇连接着排出泵的入口，排出泵的出口连接着下游排出主管汇，下游排出主管汇通至井内，下游排出主管汇上连接着一路旁通管线，旁通管线连通至混砂罐的入口，该旁通管线上串接着科氏力质量流量计，科氏力质量流量计与混砂车数采仪表电连接。

所述科氏力质量流量计包括变送器和流量管，流量管串接在旁通管线上，流量管采用全直管垂直安装，液体流向自下而上，流量管内腔上下两端安装着用于检测流量管变形量的探测器，探测器与变送器电连接，所述变送器上安装并连接有信号转换器，信号转换器与混砂车数采仪表电连接。

所述流量管入口端的旁通管线上串接着进口球阀，出口端的旁通管线上串接着出口球阀。

所述下游排出主管汇上安装一取样接口，取样接口沿下游排出主管汇内流体的流动方向倾斜安装，旁通管线通过该取样接口与下游排出主管汇连通。

所述科氏力质量流量计通过支撑架固定在混砂车操作台的支腿侧，所述科氏力质量流量计与支撑架之间设有弹性垫块。

所述旁通管线采用柔性软管。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种密度测量装置，由于没有使用铯-137作为测量介质，因此与传统的放射性密度计相比，一方面具有无辐射、安装便捷和操作性强的优点，另一方面满足现有压裂施工中对密度测量的严苛要求，密度测量装置采用科氏力原理，将原有的科氏力质量流量计进行改进并应用于压裂施工过程中，即能保证支撑剂密度和浓度的精确测量，又通过柔性软管和钛材料的使用，避免了支撑剂对管路磨损、液体腐蚀和承压的问题。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是密度测量装置的结构示意图。

图2是密度测量装置的数据流向图。

图3是科氏力质量流量计的结构示意图。

附图标记说明：1、混砂罐；2、混砂车数采仪表；3、科氏力质量流量计；4、变送器；5、流量管；6、上游排出主管汇；7、排出泵；8、旁通管线；9、信号转换器；10、传感器；11、支撑架；12、进口球阀；13、出口球阀；14、探测器；15、法兰；16、下游排出主管汇。

具体实施方式

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种密度测量装置，包括混砂车数采仪表2和混砂罐1，混砂罐1的出口连接着上游排出主管汇6，上游排出主管汇6连接着排出泵7的入口，排出泵7的出口连接着下游排出主管汇16，下游排出主管汇16通至井内，下游排出主管汇16上连接着一路旁通管线8，旁通管线8连通至混砂罐1的入口，该旁通管线8上串接着科氏力质量流量计3，科氏力质量流量计3与混砂车数采仪表2电连接。

需要说明的是，科氏力质量流量计3是成熟的现有技术结构，是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用即科里奥利力现象为原理，以质量流量测量为目的的质量流量计，可同时测量流体流量和密度，一台质量流量计的计量系统包括一台传感器10和一台用于信号处理的变送器4，传感器10主要由流量管5、驱动线圈探测器14和测量温度的热敏电阻组成。

本实施例提供的密度测量装置主要是测量支撑剂的密度，支撑剂和压裂积液注入混砂罐1，在混砂罐1内混合后，打开排出泵7，支撑剂混合液由混砂罐1出口进入排出主管汇6，然后再进入旁通管线8上的科氏力质量流量计3，进行密度测量，测量的数据传输给混砂车数采仪表2，得到支撑剂密度。

密度测量装置的使用方法是：

在压裂准备工作就绪后，开启混砂车上的设备总电源，然后再依次开启计算机电源、混砂车数采仪表2的电源，系统预热5分钟，完成仪表自检预热后，首先确认科氏力质量流量计3的上液球阀处于关闭状态，然后打开排出泵7，开始按照施工程序进行排空试压作业，待试压完成后，准备进行顶替作业时，先将混砂罐1上满施工液体，然后依次打开科氏力质量流量计3上的进液口和出液口的球阀，对流量计进行排空，同时观察混砂车数采仪表2上密度显示区域，待仪表数值接近基液密度时说明排空完成，密度测量装置进入待用状态，混砂车可按照施工程序进行正常作业，在加砂过程中随时对比混砂车数采仪表2与施工设计，确保仪表工作与实际相符，待完成最后顶替阶段停泵后，现将管汇内残液排放干净，密度测量装置内的残液会自动排放进混砂车排出管汇，所有工序完成后，关闭密度测量装置上液口与排出口阀门，按照与开机相反的顺序依次关闭各个电源，施工作业结束；特别的，为了提高施工效率，作为优化，本实用新型通过多次试验，得出传感器10流量管5内的流体的最佳控制流速为1～1.5m/s，可以减少管道内壁的磨损，延长使用期限；传感器10流量管5内的流体的最佳回压控制在50psi以内，提高密度计供液质量、降低供液含气量。

本实用新型的目的是基于现有放射性密度计日常使用过程中存在安全监管难度大，风险高，影响员工身心健康等不利因素，根据科氏力原理设计一种压裂用密度测量装置，该测量装置与传统放射性密度计相比具有无辐射、安装便捷和易操作性强，及维护管理方便等特点。通过本实用新型一方面解决安全环保的难题，一方面满足现有压裂施工中对密度测量的苛刻要求。该密度测量装置通过独特的设计解决了压裂施工过程中既要保证支撑剂含砂浓度的精确测量，又避免了支撑剂对管路磨损、液体腐蚀、承压，还自主设计了与原有混砂车数采电路的外部接口等问题。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图3所示，所述科氏力质量流量计包括变送器4和流量管5，流量管5串接在旁通管线8上，流量管5采用全直管垂直安装，液体流向自下而上，流量管5内腔上下两端安装着用于检测流量管5变形量的探测器14，探测器14与变送器4电连接，所述变送器4上安装并连接有信号转换器9，信号转换器9与混砂车数采仪表2电连接。

该密度测量装置采用全直管结构设计，流量管5内无阻碍或活动件，极大的降低了流量管堵塞，也便于作业后自清洗，维护方便；为了解决管路中进空气的问题，该密度测量装置采用垂直安装的方式，使介质自下而上流动，这样最大程度的保证数据的准确性，也可实现作业后压裂液的自排空，避免压裂携砂液沉积；通过在常规压裂施工和体积压裂施工一年的测试，测得密度测量装置的流量管中流体的最佳控制流速为1～1.5 m/s (2-2.5m³/h)，最佳回压控制在0.15～0.18MPa，在上述数据下，可以确保监测的砂浓度数据与放射性监测数据的变化趋势一致；通过检测，混砂车的震动频率在200HZ以内，为了使密度测量装置在1.0g 振动力50 周期摇频范围下，抵抗5-2000HZ以内的摇频震动干扰，该密度测量装置优化了内部结构设计以及变送器4电路；对变送器4进行组态设计，将变送器4输出信号组态为标准的模拟信号，并接入原油的混砂车数采系统密度计通讯，进行零点和最高点标校，完成混砂车数据采集设置，需要特别说明的是，组态设计是一种常规的现有技术手段，因此在此不作详细的说明。

密度测量装置的工作原理是：

当流量通过以固有频率振动的传感器10上的流量管5时，就产生了科氏力，科氏力使得流量管5的进口和出口以相反的方向变形，变形的大小由安装在流量管5进口和出口处的探测器14进行检测，变送器4向装配在流量管5上的驱动线圈提供一交替变化的电流，与装在另一流量管上的磁铁吸引和排斥，使得流量管5以正弦波的方式上下振动，通过变送器4将传感器10获取的原始进行进行滤波、放大、内部信号处理发送给混砂车数显仪表2，从而完成整个密度计从测量到终端仪表显示记录工作。需要特别说明的是，流量管5以固有的频率在相反的方向振动，当流体的密度变化时，将引起流体的质量流速也变化，探测器14输出的电压信号频率也发生变化，通过测量探测器14的信号频率就可以得知流量管5内流体的密度，而通过密度可以计算出基液的含沙浓度。

实施例3：

在实施例1的基础上，如图1所示，所述流量管5入口端的旁通管线8上串接着进口球阀12，出口端的旁通管线8上串接着出口球阀13。科氏力质量流量计3在安装时，流量管5通过法兰15与旁通管线8连接。

密度测量装置的使用方法是：

在压裂准备工作就绪后，开启混砂车上的设备总电源，然后再依次开启计算机电源、混砂车数采仪表2的电源，系统预热5分钟，完成仪表自检预热后，首先确认科氏力质量流量计3的上液球阀处于关闭状态，然后开始按照施工程序进行排空试压作业，待试压完成后，准备进行顶替作业时，先将混砂罐1上满施工液体，然后依次打开科氏力质量流量计3上的进口球阀12和出口球阀13，对流量计进行排空，同时观察混砂车数采仪表2上密度显示区域，待仪表数值接近基液密度时说明排空完成，密度测量装置进入待用状态，混砂车可按照施工程序进行正常作业，在加砂过程中随时对比混砂车数采仪表2与施工设计，确保仪表工作与实际相符，待完成最后顶替阶段停泵后，现将管汇内残液排放干净，密度测量装置内的残液会自动排放进混砂车排出管汇，所有工序完成后，关闭密度测量装置上液口与排出口阀门，按照与开机相反的顺序依次关闭各个电源，施工作业结束。

实施例4：

在实施例1的基础上，为降低携砂液进入取样管汇阻力，流动更顺畅，所述下游排出主管汇16上安装一取样接口，取样接口沿下游排出主管汇16内流体的流动方向倾斜安装，旁通管线8通过该取样接口与下游排出主管汇16连通，即取样接口的轴向中心线与流体流动方向成锐角。

实施例5：

在实施例1的基础上，结合现场设备条件，所述科氏力质量流量计3通过支撑架11固定在混砂车操作台的支腿侧，安装高度优选1000mm，在整个安装过程中，为了力求避免或减小因安装因素造成的应力，因此选用支撑架11固定科氏力质量流量计3。科氏力质量流量计3与支撑架11之间设有弹性垫块，可以避免流量管5在振动时造成科氏力质量流量计3的损坏，对其有缓冲作用。

实施例6：

在实施例1的基础上，所述旁通管线8采用柔性软管。为了实现在6~8英寸混砂车排出管汇上进行支撑剂密度测量，在混砂车排出主管汇6上开口，用耐腐蚀柔性软管与密度测量装置入口连接，密度测量装置出口用耐腐蚀胶质软管返回混砂罐，选用旁通管路的安装方式。流量管5采用钛合金制成。流量管5是该密度测量装置的重要部件，内部采用钛制合金制造，具有高抗冲蚀性、耐酸碱腐蚀、强度高的特点，使用时介质的流速应控制在1m/s～3m/s 之间，解决了混砂车固液两相流存在的磨损和流体腐蚀问题，同时解决了管路承压问题。变送器4内设有补偿电路，该补偿电路可对内部流体相态干扰进行数据补偿，确保数据采集精度，补偿电路采用的是现有的常规的电路，在此不作详细的说明。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (6)

1.一种密度测量装置，包括混砂车数采仪表(2)和混砂罐(1)，混砂罐(1)的出口连接着上游排出主管汇(6)，上游排出主管汇(6)连接着排出泵(7)的入口，排出泵(7)的出口连接着下游排出主管汇(16)，下游排出主管汇(16)通至井内，其特征在于：下游排出主管汇(16)上连接着一路旁通管线(8)，旁通管线(8)连通至混砂罐(1)的入口，该旁通管线(8)上串接着科氏力质量流量计(3)，科氏力质量流量计(3)与混砂车数采仪表(2)电连接。

2.如权利要求1所述的密度测量装置，其特征在于：所述科氏力质量流量计包括变送器(4)和流量管(5)，流量管(5)串接在旁通管线(8)上，流量管(5)采用全直管垂直安装，液体流向自下而上，流量管(5)内腔上下两端安装着用于检测流量管(5)变形量的探测器(14)，探测器(14)与变送器(4)电连接，所述变送器(4)上安装并连接有信号转换器(9)，信号转换器(9)与混砂车数采仪表(2)电连接。

3.如权利要求2所述的密度测量装置，其特征在于：所述流量管(5)入口端的旁通管线(8)上串接着进口球阀(12)，出口端的旁通管线(8)上串接着出口球阀(13)。

4.如权利要求1所述的密度测量装置，其特征在于：所述下游排出主管汇(16)上安装一取样接口，取样接口沿下游排出主管汇(16)内流体的流动方向倾斜安装，旁通管线(8)通过该取样接口与下游排出主管汇(16)连通。

5.如权利要求1所述的密度测量装置，其特征在于：所述科氏力质量流量计通过支撑架(11)固定在混砂车操作台的支腿侧，科氏力质量流量计与支撑架(11)之间设有弹性垫块。

6.如权利要求1所述的密度测量装置，其特征在于：所述旁通管线(8)采用柔性软管。