一種非放射性密度測量裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種非放射性密度測量裝置，包括混砂罐、混砂車數(shù)采儀表和科氏力質(zhì)量流量計，科氏力質(zhì)量流量計與混砂車數(shù)采儀表電連接；混砂罐的出口連接著排出主管匯，排出主管匯和混砂罐入口之間連接著一路旁通管線，流量管串接在該旁通管線上，流量管采用全直管垂直安裝，液體流向自下而上。由于沒有使用銫?137作為測量介質(zhì)，因此與傳統(tǒng)的放射性密度計相比，一方面具有無輻射的優(yōu)點(diǎn)，另一方面滿足現(xiàn)有壓裂施工中對密度測量的嚴(yán)苛要求，本發(fā)明采用科氏力原理，將原有的科氏力質(zhì)量流量計進(jìn)行改進(jìn)并應(yīng)用于壓裂施工過程中，即能保證支撐劑密度和濃度的精確測量，又通過柔性軟管和鈦材料的使用，避免了支撐劑對管路磨損、液體腐蝕和承壓的問題。
【專利說明】
一種非放射性密度測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于石油開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓裂用非放射性密度測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]壓裂工藝是油氣藏增產(chǎn)的有效措施，壓裂過程中混砂車作為各項(xiàng)工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心設(shè)備，其性能是否完好關(guān)系著整個施工的成本和地層的改造效果?；焐败囎铌P(guān)鍵的自動控制技術(shù)即為自動密度控制技術(shù)--ADCCAutomatic Density Control)，該項(xiàng)技術(shù)主要是指在作業(yè)前施工員根據(jù)壓裂施工設(shè)計將目的層段的加砂栗注程序輸入混砂車計算機(jī)，在施工時混砂車的內(nèi)部計算機(jī)將根據(jù)栗注程序自動調(diào)整輸砂絞輪加砂速度，根據(jù)密度計實(shí)時測量反饋，確保實(shí)際施工數(shù)據(jù)能夠與設(shè)計吻合。由此可以看出，密度計的實(shí)時測量尤為重要，如果密度計測量誤差大，將直接導(dǎo)致自動加砂功能失靈，栗注設(shè)計程序不能正常進(jìn)行，也就導(dǎo)致地層無法達(dá)到預(yù)期的改造效果，從而影響地層改造的增產(chǎn)效果。
[0003]目前壓裂施工中，常見的支撐劑含砂濃度測量均采用放射性元素銫137作為測量介質(zhì)，該種方式存在安全兼管難度大，風(fēng)險高，影響員工身心健康等不利因素，因此有必要通過技術(shù)研究一種非放射性的密度測量方式，一方面解決安全環(huán)保的難題，一方面滿足現(xiàn)有壓裂施工中對密度測量的苛刻要求。目前市場壓裂施工中混砂車測量支撐劑濃度有兩種方式:一種是通過攪輪轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行模擬計算表征壓裂施工含砂濃度;另一種是利用放射性元素銫-137作為密度計測量介質(zhì)。前者具有數(shù)據(jù)失真、不能真實(shí)反應(yīng)施工過程等缺點(diǎn)；后者雖然數(shù)據(jù)采集的精度高，但由于國家對于放射源的管理嚴(yán)格，在前期的采購過程中，用戶需要到相關(guān)部門辦理復(fù)雜的手續(xù);并且在后期的使用、管理和維護(hù)過程中，需要定期到相關(guān)安全環(huán)保部門進(jìn)行安全審核，還需要對接觸密度計設(shè)備的員工定期進(jìn)行輻射量計量檢驗(yàn)與健康檢查，給生產(chǎn)生活帶來了極大的不便與隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的用于測量支撐劑濃度的裝置存在采集的數(shù)據(jù)失真以及在使用放射源測量支撐劑濃度時，存在環(huán)保和安全隱患的問題。
[0005]為此，本發(fā)明提供了一種非放射性密度測量裝置，包括混砂車數(shù)采儀表和混砂罐，混砂罐的出口連接著上游排出主管匯，上游排出主管匯連接著排出栗的入口，排出栗的出口連接著下游排出主管匯，下游排出主管匯通至井內(nèi)，下游排出主管匯上連接著一路旁通管線，旁通管線連通至混砂罐的入口，該旁通管線上串接著科氏力質(zhì)量流量計，科氏力質(zhì)量流量計與混砂車數(shù)采儀表電連接。
[0006]所述科氏力質(zhì)量流量計包括變送器和流量管，流量管串接在旁通管線上，流量管采用全直管垂直安裝，液體流向自下而上，流量管內(nèi)腔上下兩端安裝著用于檢測流量管變形量的探測器，探測器與變送器電連接，所述變送器上安裝并連接有信號轉(zhuǎn)換器，信號轉(zhuǎn)換器與混砂車數(shù)采儀表電連接。
[0007]所述流量管入口端的旁通管線上串接著進(jìn)口球閥，出口端的旁通管線上串接著出口球閥。
[0008]所述排出栗下游的排出主管匯上安裝一取樣接口，取樣接口沿排出主管匯內(nèi)流體的流動方向傾斜安裝，旁通管線通過該取樣接口與排出主管匯連通。
[0009]所述變送器內(nèi)設(shè)有補(bǔ)償電路。
[0010]所述科氏力質(zhì)量流量計通過支撐架固定在混砂車操作臺的支腿側(cè)。
[0011 ]所述旁通管線采用柔性軟管。
[0012]所述科氏力質(zhì)量流量計與支撐架之間設(shè)有彈性墊塊。
[0013]所述流量管采用鈦合金制成。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的這種非放射性密度測量裝置，由于沒有使用銫-137作為測量介質(zhì)，因此與傳統(tǒng)的放射性密度計相比，一方面具有無輻射、安裝便捷和操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，另一方面滿足現(xiàn)有壓裂施工中對密度測量的嚴(yán)苛要求，非放射性密度測量裝置采用科氏力原理，將原有的科氏力質(zhì)量流量計進(jìn)行改進(jìn)并應(yīng)用于壓裂施工過程中，即能保證支撐劑密度和濃度的精確測量，又通過柔性軟管和鈦材料的使用，避免了支撐劑對管路磨損、液體腐蝕和承壓的問題。
[0015]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0016]圖1是非放射性密度測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是非放射性密度測量裝置的數(shù)據(jù)流向圖。
[0018]圖3是科氏力質(zhì)量流量計的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖標(biāo)記說明:1、混砂罐;2、混砂車數(shù)采儀表;3、科氏力質(zhì)量流量計;4、變送器;5、流量管;6、上游排出主管匯;7、排出栗;8、旁通管線;9、信號轉(zhuǎn)換器;10、傳感器;11、支撐架；12、進(jìn)口球閥；13、出口球閥；14、探測器;15、法蘭；16、下游排出主管匯。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:
如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例提供了一種非放射性密度測量裝置，包括混砂車數(shù)采儀表2和混砂罐I，混砂罐I的出口連接著上游排出主管匯6，上游排出主管匯6連接著排出栗7的入口，排出栗7的出口連接著下游排出主管匯16，下游排出主管匯16通至井內(nèi)，下游排出主管匯16上連接著一路旁通管線8，旁通管線8連通至混砂罐I的入口，該旁通管線8上串接著科氏力質(zhì)量流量計3，科氏力質(zhì)量流量計3與混砂車數(shù)采儀表2電連接。
[0021]需要說明的是，科氏力質(zhì)量流量計3是成熟的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，是運(yùn)用流體質(zhì)量流量對振動管振蕩的調(diào)制作用即科里奧利力現(xiàn)象為原理，以質(zhì)量流量測量為目的的質(zhì)量流量計，可同時測量流體流量和密度，一臺質(zhì)量流量計的計量系統(tǒng)包括一臺傳感器10和一臺用于信號處理的變送器4，傳感器10主要由流量管5、驅(qū)動線圈探測器14和測量溫度的熱敏電阻組成。
[0022]本實(shí)施例提供的非放射性密度測量裝置主要是測量支撐劑的密度，支撐劑和壓裂積液注入混砂罐I，在混砂罐I內(nèi)混合后，打開排出栗7，支撐劑混合液由混砂罐I出口進(jìn)入排出主管匯6，然后再進(jìn)入旁通管線8上的科氏力質(zhì)量流量計3，進(jìn)行密度測量，測量的數(shù)據(jù)傳輸給混砂車數(shù)采儀表2，得到支撐劑密度。
[0023]非放射性密度測量裝置的使用方法是:
在壓裂準(zhǔn)備工作就緒后，開啟混砂車上的設(shè)備總電源，然后再依次開啟計算機(jī)電源、混砂車數(shù)采儀表2的電源，系統(tǒng)預(yù)熱5分鐘，完成儀表自檢預(yù)熱后，首先確認(rèn)科氏力質(zhì)量流量計3的上液球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，然后打開排出栗7，開始按照施工程序進(jìn)行排空試壓作業(yè)，待試壓完成后，準(zhǔn)備進(jìn)行頂替作業(yè)時，先將混砂罐I上滿施工液體，然后依次打開科氏力質(zhì)量流量計3上的進(jìn)液口和出液口的球閥，對流量計進(jìn)行排空，同時觀察混砂車數(shù)采儀表2上密度顯示區(qū)域，待儀表數(shù)值接近基液密度時說明排空完成，密度測量裝置進(jìn)入待用狀態(tài)，混砂車可按照施工程序進(jìn)行正常作業(yè)，在加砂過程中隨時對比混砂車數(shù)采儀表2與施工設(shè)計，確保儀表工作與實(shí)際相符，待完成最后頂替階段停栗后，現(xiàn)將管匯內(nèi)殘液排放干凈，密度測量裝置內(nèi)的殘液會自動排放進(jìn)混砂車排出管匯，所有工序完成后，關(guān)閉密度測量裝置上液口與排出口閥門，按照與開機(jī)相反的順序依次關(guān)閉各個電源，施工作業(yè)結(jié)束;特別的，為了提高施工效率，作為優(yōu)化，本發(fā)明通過多次試驗(yàn)，得出傳感器10流量管5內(nèi)的流體的最佳控制流速為I?1.5m/s，可以減少管道內(nèi)壁的磨損，延長使用期限;傳感器10流量管5內(nèi)的流體的最佳回壓控制在50psi以內(nèi)，提高密度計供液質(zhì)量、降低供液含氣量。
[0024]本發(fā)明的目的是基于現(xiàn)有放射性密度計日常使用過程中存在安全監(jiān)管難度大，風(fēng)險高，影響員工身心健康等不利因素，根據(jù)科氏力原理設(shè)計一種壓裂用非放射性密度測量裝置，該測量裝置與傳統(tǒng)放射性密度計相比具有無輻射、安裝便捷和易操作性強(qiáng)，及維護(hù)管理方便等特點(diǎn)。通過本發(fā)明一方面解決安全環(huán)保的難題，一方面滿足現(xiàn)有壓裂施工中對密度測量的苛刻要求。該非放射性密度測量裝置通過獨(dú)特的設(shè)計解決了壓裂施工過程中既要保證支撐劑含砂濃度的精確測量，又避免了支撐劑對管路磨損、液體腐蝕、承壓，還自主設(shè)計了與原有混砂車數(shù)采電路的外部接口等問題。
[0025]實(shí)施例2:
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，如圖3所示，所述科氏力質(zhì)量流量計包括變送器4和流量管5，流量管5串接在旁通管線8上，流量管5采用全直管垂直安裝，液體流向自下而上，流量管5內(nèi)腔上下兩端安裝著用于檢測流量管5變形量的探測器14，探測器14與變送器4電連接，所述變送器4上安裝并連接有信號轉(zhuǎn)換器9，信號轉(zhuǎn)換器9與混砂車數(shù)采儀表2電連接。
[0026]該非放射性密度測量裝置采用全直管結(jié)構(gòu)設(shè)計，流量管5內(nèi)無阻礙或活動件，極大的降低了流量管堵塞，也便于作業(yè)后自清洗，維護(hù)方便;為了解決管路中進(jìn)空氣的問題，該非放射性密度測量裝置采用垂直安裝的方式，使介質(zhì)自下而上流動，這樣最大程度的保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也可實(shí)現(xiàn)作業(yè)后壓裂液的自排空，避免壓裂攜砂液沉積;通過在常規(guī)壓裂施工和體積壓裂施工一年的測試，測得非放射性密度測量裝置的流量管中流體的最佳控制流速為I?1.5 m/s (2-2.5m3/h)，最佳回壓控制在0.15?0.1810^，在上述數(shù)據(jù)下，可以確保監(jiān)測的砂濃度數(shù)據(jù)與放射性監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢一致；通過檢測，混砂車的震動頻率在200HZ以內(nèi)，為了使非放射性密度測量裝置在1.0g振動力50周期搖頻范圍下，抵抗5-2000HZ以內(nèi)的搖頻震動干擾，該非放射性密度測量裝置優(yōu)化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計以及變送器4電路;對變送器4進(jìn)行組態(tài)設(shè)計，將變送器4輸出信號組態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號，并接入原油的混砂車數(shù)采系統(tǒng)密度計通訊，進(jìn)行零點(diǎn)和最高點(diǎn)標(biāo)校，完成混砂車數(shù)據(jù)采集設(shè)置，需要特別說明的是，組態(tài)設(shè)計是一種常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)手段，因此在此不作詳細(xì)的說明。
[0027]非放射性密度測量裝置的工作原理是:
當(dāng)流量通過以固有頻率振動的傳感器10上的流量管5時，就產(chǎn)生了科氏力，科氏力使得流量管5的進(jìn)口和出口以相反的方向變形，變形的大小由安裝在流量管5進(jìn)口和出口處的探測器14進(jìn)行檢測，變送器4向裝配在流量管5上的驅(qū)動線圈提供一交替變化的電流，與裝在另一流量管上的磁鐵吸引和排斥，使得流量管5以正弦波的方式上下振動，通過變送器4將傳感器10獲取的原始進(jìn)行進(jìn)行濾波、放大、內(nèi)部信號處理發(fā)送給混砂車數(shù)顯儀表2，從而完成整個密度計從測量到終端儀表顯示記錄工作。需要特別說明的是，流量管5以固有的頻率在相反的方向振動，當(dāng)流體的密度變化時，將引起流體的質(zhì)量流速也變化，探測器14輸出的電壓信號頻率也發(fā)生變化，通過測量探測器14的信號頻率就可以得知流量管5內(nèi)流體的密度，而通過密度可以計算出基液的含沙濃度。
[0028]實(shí)施例3:
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，如圖1所示，所述流量管5入□端的旁通管線8上串接著進(jìn)口球閥12，出口端的旁通管線8上串接著出口球閥13 ο科氏力質(zhì)量流量計3在安裝時，流量管5通過法蘭15與旁通管線8連接。
[0029]非放射性密度測量裝置的使用方法是:
在壓裂準(zhǔn)備工作就緒后，開啟混砂車上的設(shè)備總電源，然后再依次開啟計算機(jī)電源、混砂車數(shù)采儀表2的電源，系統(tǒng)預(yù)熱5分鐘，完成儀表自檢預(yù)熱后，首先確認(rèn)科氏力質(zhì)量流量計3的上液球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，然后開始按照施工程序進(jìn)行排空試壓作業(yè)，待試壓完成后，準(zhǔn)備進(jìn)行頂替作業(yè)時，先將混砂罐I上滿施工液體，然后依次打開科氏力質(zhì)量流量計3上的進(jìn)口球閥12和出口球閥13，對流量計進(jìn)行排空，同時觀察混砂車數(shù)采儀表2上密度顯示區(qū)域，待儀表數(shù)值接近基液密度時說明排空完成，密度測量裝置進(jìn)入待用狀態(tài)，混砂車可按照施工程序進(jìn)行正常作業(yè)，在加砂過程中隨時對比混砂車數(shù)采儀表2與施工設(shè)計，確保儀表工作與實(shí)際相符，待完成最后頂替階段停栗后，現(xiàn)將管匯內(nèi)殘液排放干凈，密度測量裝置內(nèi)的殘液會自動排放進(jìn)混砂車排出管匯，所有工序完成后，關(guān)閉密度測量裝置上液口與排出口閥門，按照與開機(jī)相反的順序依次關(guān)閉各個電源，施工作業(yè)結(jié)束。
[0030]實(shí)施例4:
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，為降低攜砂液進(jìn)入取樣管匯阻力，流動更順暢，所述排出栗7下游的排出主管匯6上安裝一取樣接口，取樣接口沿排出主管匯6內(nèi)流體的流動方向傾斜安裝，旁通管線8通過該取樣接口與排出主管匯6連通，即取樣接口的軸向中心線與流體流動方向成銳角。
[0031]實(shí)施例5:
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述變送器4內(nèi)設(shè)有補(bǔ)償電路，該補(bǔ)償電路可對內(nèi)部流體相態(tài)干擾進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償，確保數(shù)據(jù)采集精度，補(bǔ)償電路采用的是現(xiàn)有的常規(guī)的電路，在此不作詳細(xì)的說明。
[0032]實(shí)施例6:
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備條件，所述科氏力質(zhì)量流量計3通過支撐架11固定在混砂車操作臺的支腿側(cè)，安裝高度優(yōu)選1000mm，在整個安裝過程中，為了力求避免或減小因安裝因素造成的應(yīng)力，因此選用支撐架11固定科氏力質(zhì)量流量計3。
[0033]實(shí)施例7: 在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述旁通管線8采用柔性軟管。為了實(shí)現(xiàn)在6?8英寸混砂車排出管匯上進(jìn)行支撐劑密度測量，在混砂車排出主管匯6上開口，用耐腐蝕柔性軟管與密度測量裝置入口連接，密度測量裝置出口用耐腐蝕膠質(zhì)軟管返回混砂罐，選用旁通管路的安裝方式。
[0034]實(shí)施例8:
在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，所述科氏力質(zhì)量流量計3與支撐架11之間設(shè)有彈性墊塊，可以避免流量管5在振動時造成科氏力質(zhì)量流量計3的損壞，對其有緩沖作用。
[0035]實(shí)施例9:
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述流量管5采用鈦合金制成。流量管5是該密度測量裝置的重要部件，內(nèi)部采用鈦制合金制造，具有高抗沖蝕性、耐酸堿腐蝕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，使用時介質(zhì)的流速應(yīng)控制在lm/s?3m/s之間，解決了混砂車固液兩相流存在的磨損和流體腐蝕問題，同時解決了管路承壓問題。
[0036]以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)施例沒有詳細(xì)敘述的部件和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知部件和常用結(jié)構(gòu)或常用手段，這里不一一敘述。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非放射性密度測量裝置，包括混砂車數(shù)采儀表(2)和混砂罐(I)，混砂罐(I)的出口連接著上游排出主管匯(6)，上游排出主管匯(6)連接著排出栗(7)的入口，排出栗(7)的出口連接著下游排出主管匯(16)，下游排出主管匯(16)通至井內(nèi)，其特征在于:下游排出主管匯(16)上連接著一路旁通管線(8)，旁通管線(8)連通至混砂罐(I)的入口，該旁通管線(8 )上串接著科氏力質(zhì)量流量計(3 )，科氏力質(zhì)量流量計(3 )與混砂車數(shù)采儀表(2 )電連接。2.如權(quán)利要求1所述的非放射性密度測量裝置，其特征在于:所述科氏力質(zhì)量流量計包括變送器(4)和流量管(5)，流量管(5)串接在旁通管線(8)上，流量管(5)采用全直管垂直安裝，液體流向自下而上，流量管(5)內(nèi)腔上下兩端安裝著用于檢測流量管(5)變形量的探測器(14)，探測器(14)與變送器(4)電連接，所述變送器(4)上安裝并連接有信號轉(zhuǎn)換器(9)，信號轉(zhuǎn)換器(9)與混砂車數(shù)采儀表(2)電連接。3.如權(quán)利要求1所述的非放射性密度測量裝置，其特征在于:所述流量管(5)入口端的旁通管線(8)上串接著進(jìn)口球閥(12)，出口端的旁通管線(8)上串接著出口球閥(13)。4.如權(quán)利要求1所述的非放射性密度測量裝置，其特征在于:所述排出栗(7)下游的排出主管匯(6)上安裝一取樣接口，取樣接口沿排出主管匯(6)內(nèi)流體的流動方向傾斜安裝，旁通管線(8)通過該取樣接口與排出主管匯(6)連通。5.如權(quán)利要求2所述的非放射性密度測量裝置，其特征在于:所述變送器(4)內(nèi)設(shè)有補(bǔ)償電路。6.如權(quán)利要求1所述的非放射性密度測量裝置，其特征在于:所述科氏力質(zhì)量流量計通過支撐架(11)固定在混砂車操作臺的支腿側(cè)。7.如權(quán)利要求1所述的非放射性密度測量裝置，其特征在于:所述旁通管線(8)采用柔性軟管。8.如權(quán)利要求6所述的非放射性密度測量裝置，其特征在于:所述科氏力質(zhì)量流量計與支撐架(11)之間設(shè)有彈性墊塊。9.如權(quán)利要求2所述的非放射性密度測量裝置，其特征在于:所述流量管(5)采用鈦合金制成。
【文檔編號】G01N9/36GK106018173SQ201610596642
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月27日
【發(fā)明人】鐘新榮, 劉廣春, 張鐵軍, 詹勇, 許金正, 杜龍, 郭春峰, 柴龍, 朱麗, 張世龍, 王美琴, 孫勇鋒, 李丹, 楊敏, 張帆
【申請人】中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司