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、混砂車數采儀表和科氏力質量流量計，科氏力質量流量計與混砂車數采儀表電連接；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，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，另一方面滿足現有壓裂施工中對密度測量的嚴苛要求，本發(fā)明采用科氏力原理，將原有的科氏力質量流量計進行改進并應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
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于石油開采技術領域，具體涉及一種壓裂用非放射性密度測量裝置。
【背景技術】
[0002]壓裂工藝是油氣藏增產的有效措施，壓裂過程中混砂車作為各項工藝技術實現的核心設備，其性能是否完好關系著整個施工的成本和地層的改造效果。混砂車最關鍵的自動控制技術即為自動密度控制技術--ADCCAutomatic Density Control)，該項技術主要是指在作業(yè)前施工員根據壓裂施工設計將目的層段的加砂栗注程序輸入混砂車計算機，在施工時混砂車的內部計算機將根據栗注程序自動調整輸砂絞輪加砂速度，根據密度計實時測量反饋，確保實際施工數據能夠與設計吻合。由此可以看出，密度計的實時測量尤為重要，如果密度計測量誤差大，將直接導致自動加砂功能失靈，栗注設計程序不能正常進行，也就導致地層無法達到預期的改造效果，從而影響地層改造的增產效果。
[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，該種方式存在安全兼管難度大，風險高，影響員工身心健康等不利因素，因此有必要通過技術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:一種是通過攪輪轉速信號進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。前者具有數據失真、不能真實反應施工過程等缺點；后者雖然數據采集的精度高，但由于國家對于放射源的管理嚴格，在前期的采購過程中，用戶需要到相關部門辦理復雜的手續(xù);并且在后期的使用、管理和維護過程中，需要定期到相關安全環(huán)保部門進行安全審核，還需要對接觸密度計設備的員工定期進行輻射量計量檢驗與健康檢查，給生產生活帶來了極大的不便與隱患。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現有的用于測量支撐劑濃度的裝置存在采集的數據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，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量流量計，科氏力質量流量計與混砂車數采儀表電連接。
[0006]所述科氏力質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換器，信號轉換器與混砂車數采儀表電連接。
[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]所述變送器內設有補償電路。
[0010]所述科氏力質量流量計通過支撐架固定在混砂車操作臺的支腿側。
[0011 ]所述旁通管線采用柔性軟管。
[0012]所述科氏力質量流量計與支撐架之間設有彈性墊塊。
[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，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的優(yōu)點，另一方面滿足現有壓裂施工中對密度測量的嚴苛要求，非放射性密度測量裝置采用科氏力原理，將原有的科氏力質量流量計進行改進并應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]以下將結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0016]圖1是非放射性密度測量裝置的結構示意圖。
[0017]圖2是非放射性密度測量裝置的數據流向圖。
[0018]圖3是科氏力質量流量計的結構示意圖。
[0019]附圖標記說明:1、混砂罐;2、混砂車數采儀表;3、科氏力質量流量計;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、信號轉換器;10、傳感器;11、支撐架；12、進口球閥；13、出口球閥；14、探測器;15、法蘭；16、下游排出主管匯。
【具體實施方式】
[0020]實施例1:
如圖1、圖2和圖3所示，本實施例提供了一種非放射性密度測量裝置，包括混砂車數采儀表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，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上串接著科氏力質量流量計3，科氏力質量流量計3與混砂車數采儀表2電連接。
[0021]需要說明的是，科氏力質量流量計3是成熟的現有技術結構，是運用流體質量流量對振動管振蕩的調制作用即科里奧利力現象為原理，以質量流量測量為目的的質量流量計，可同時測量流體流量和密度，一臺質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、驅動線圈探測器14和測量溫度的熱敏電阻組成。
[0022]本實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內混合后，打開排出栗7，支撐劑混合液由混砂罐I出口進入排出主管匯6，然后再進入旁通管線8上的科氏力質量流量計3，進行密度測量，測量的數據傳輸給混砂車數采儀表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:
在壓裂準備工作就緒后，開啟混砂車上的設備總電源，然后再依次開啟計算機電源、混砂車數采儀表2的電源，系統(tǒng)預熱5分鐘，完成儀表自檢預熱后，首先確認科氏力質量流量計3的上液球閥處于關閉狀態(tài)，然后打開排出栗7，開始按照施工程序進行排空試壓作業(yè)，待試壓完成后，準備進行頂替作業(yè)時，先將混砂罐I上滿施工液體，然后依次打開科氏力質量流量計3上的進液口和出液口的球閥，對流量計進行排空，同時觀察混砂車數采儀表2上密度顯示區(qū)域，待儀表數值接近基液密度時說明排空完成，密度測量裝置進入待用狀態(tài)，混砂車可按照施工程序進行正常作業(yè)，在加砂過程中隨時對比混砂車數采儀表2與施工設計，確保儀表工作與實際相符，待完成最后頂替階段停栗后，現將管匯內殘液排放干凈，密度測量裝置內的殘液會自動排放進混砂車排出管匯，所有工序完成后，關閉密度測量裝置上液口與排出口閥門，按照與開機相反的順序依次關閉各個電源，施工作業(yè)結束;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，得出傳感器10流量管5內的流體的最佳控制流速為I?1.5m/s，可以減少管道內壁的磨損，延長使用期限;傳感器10流量管5內的流體的最佳回壓控制在50psi以內，提高密度計供液質量、降低供液含氣量。
[0024]本發(fā)明的目的是基于現有放射性密度計日常使用過程中存在安全監(jiān)管難度大，風險高，影響員工身心健康等不利因素，根據科氏力原理設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，及維護管理方便等特點。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特的設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，還自主設計了與原有混砂車數采電路的外部接口等問題。
[0025]實施例2:
在實施例1的基礎上，如圖3所示，所述科氏力質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換器9，信號轉換器9與混砂車數采儀表2電連接。
[0026]該非放射性密度測量裝置采用全直管結構設計，流量管5內無阻礙或活動件，極大的降低了流量管堵塞，也便于作業(yè)后自清洗，維護方便;為了解決管路中進空氣的問題，該非放射性密度測量裝置采用垂直安裝的方式，使介質自下而上流動，這樣最大程度的保證數據的準確性，也可實現作業(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^，在上述數據下，可以確保監(jiān)測的砂濃度數據與放射性監(jiān)測數據的變化趨勢一致；通過檢測，混砂車的震動頻率在200HZ以內，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以內的搖頻震動干擾，該非放射性密度測量裝置優(yōu)化了內部結構設計以及變送器4電路;對變送器4進行組態(tài)設計，將變送器4輸出信號組態(tài)為標準的模擬信號，并接入原油的混砂車數采系統(tǒng)密度計通訊，進行零點和最高點標校，完成混砂車數據采集設置，需要特別說明的是，組態(tài)設計是一種常規(guī)的現有技術手段，因此在此不作詳細的說明。
[0027]非放射性密度測量裝置的工作原理是:
當流量通過以固有頻率振動的傳感器10上的流量管5時，就產生了科氏力，科氏力使得流量管5的進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進口和出口處的探測器14進行檢測，變送器4向裝配在流量管5上的驅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獲取的原始進行進行濾波、放大、內部信號處理發(fā)送給混砂車數顯儀表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，當流體的密度變化時，將引起流體的質量流速也變化，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內流體的密度，而通過密度可以計算出基液的含沙濃度。
[0028]實施例3:
在實施例1的基礎上，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:
在壓裂準備工作就緒后，開啟混砂車上的設備總電源，然后再依次開啟計算機電源、混砂車數采儀表2的電源，系統(tǒng)預熱5分鐘，完成儀表自檢預熱后，首先確認科氏力質量流量計3的上液球閥處于關閉狀態(tài)，然后開始按照施工程序進行排空試壓作業(yè)，待試壓完成后，準備進行頂替作業(yè)時，先將混砂罐I上滿施工液體，然后依次打開科氏力質量流量計3上的進口球閥12和出口球閥13，對流量計進行排空，同時觀察混砂車數采儀表2上密度顯示區(qū)域，待儀表數值接近基液密度時說明排空完成，密度測量裝置進入待用狀態(tài)，混砂車可按照施工程序進行正常作業(yè)，在加砂過程中隨時對比混砂車數采儀表2與施工設計，確保儀表工作與實際相符，待完成最后頂替階段停栗后，現將管匯內殘液排放干凈，密度測量裝置內的殘液會自動排放進混砂車排出管匯，所有工序完成后，關閉密度測量裝置上液口與排出口閥門，按照與開機相反的順序依次關閉各個電源，施工作業(yè)結束。
[0030]實施例4:
在實施例1的基礎上，為降低攜砂液進入取樣管匯阻力，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]實施例5:
在實施例1的基礎上，所述變送器4內設有補償電路，該補償電路可對內部流體相態(tài)干擾進行數據補償，確保數據采集精度，補償電路采用的是現有的常規(guī)的電路，在此不作詳細的說明。
[0032]實施例6:
在實施例1的基礎上，結合現場設備條件，所述科氏力質量流量計3通過支撐架11固定在混砂車操作臺的支腿側，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力，因此選用支撐架11固定科氏力質量流量計3。
[0033]實施例7: 在實施例1的基礎上，所述旁通管線8采用柔性軟管。為了實現在6?8英寸混砂車排出管匯上進行支撐劑密度測量，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軟管返回混砂罐，選用旁通管路的安裝方式。
[0034]實施例8:
在實施例5的基礎上，所述科氏力質量流量計3與支撐架11之間設有彈性墊塊，可以避免流量管5在振動時造成科氏力質量流量計3的損壞，對其有緩沖作用。
[0035]實施例9:
在實施例1的基礎上，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，內部采用鈦制合金制造，具有高抗沖蝕性、耐酸堿腐蝕、強度高的特點，使用時介質的流速應控制在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，并不構成對本發(fā)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。本實施例沒有詳細敘述的部件和結構屬本行業(yè)的公知部件和常用結構或常用手段，這里不一一敘述。
【主權項】
1.一種非放射性密度測量裝置，包括混砂車數采儀表(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，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 )上串接著科氏力質量流量計(3 )，科氏力質量流量計(3 )與混砂車數采儀表(2 )電連接。2.如權利要求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換器(9)，信號轉換器(9)與混砂車數采儀表(2)電連接。3.如權利要求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)內設有補償電路。6.如權利要求1所述的非放射性密度測量裝置，其特征在于:所述科氏力質量流量計通過支撐架(11)固定在混砂車操作臺的支腿側。7.如權利要求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:所述科氏力質量流量計與支撐架(11)之間設有彈性墊塊。9.如權利要求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】中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業(yè)公司