CN109869128A - 用于测量页岩气气测导流能力的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种用于测量页岩气气测导流能力的装置。其中，所述装置包括：导流室1、U形管差压传感器2、差压计连接控制阀2.1、差压计连接控制阀2.2、数据采集***3、高压氮气瓶4、气体调压阀5、气体压力计6、气体流量计7、气体加热器8、加热器温度传感器9、进气阀10、光电位移传感器11、入口压力传感器12、导流室温度计13、出口压力传感器14、真空泵15、出气阀16和回压阀17。本发明实施例提供的用于测量页岩气气测导流能力的装置，可以在测量页岩气气测导流能力的时候，获得更为精确的压差。
Description
技术领域
本发明实施例涉及油气开发技术领域，尤其涉及一种用于测量页岩气气测导流能力的装置。
背景技术
水力压裂是现阶段页岩气开发最为有效的措施。水力压裂后，支撑剂支撑裂缝的有效导流能力也是评价改造措施是否成功的关键。页岩裂缝导流能力都是以液体为驱替介质进行测试的，但由于页岩遇水容易膨胀以及实际生产时页岩气并不含水，因此，气测导流能力才能真实反映地层中裂缝的渗透能力。采用氮气模拟储层气相流动，在地层温度和有效闭合压力条件下测试支撑裂缝导流能力，对现场压裂施工具有指导意义。由于气测导流能力中差压相比液测导流能力极小，而一般导流能力测试仪主要针对液测导流能力，其差压传感器精度不够，导致数据不准确；且常规设备一般最高温度120℃，最高压力200MPa。一般使用入口、出口压力传感器，压差精度最精确仅为10KPa，而实际测量中的差压数值极小，使用当前的压差(10KPa)进行计算，得到的测量结果的精度远远不够。因此，找到一种能够精确测量压差，进而获取更为接近真实的页岩气气测导流能力的装置，就成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种用于测量页岩气气测导流能力的装置及方法。
第一方面，本发明的实施例提供了一种用于测量页岩气气测导流能力的装置，包括：导流室1、U形管差压传感器2、差压计连接控制阀2.1、差压计连接控制阀2.2、数据采集***3、高压氮气瓶4、气体调压阀5、气体压力计6、气体流量计7、气体加热器8、加热器温度传感器9、进气阀10、光电位移传感器11、入口压力传感器12、导流室温度计13、出口压力传感器14、真空泵15、出气阀16和回压阀17；所述导流室1，与所述光电位移传感器11、入口压力传感器12、导流室温度计13、出口压力传感器14、真空泵15、出气阀16、差压计连接控制阀2.1和差压计连接控制阀2.2连接；所述U形管差压传感器2，与所述差压计连接控制阀2.1和差压计连接控制阀2.2连接；所述数据采集***3，与所述U形管差压传感器2、气体压力计6、加热器温度传感器9、光电位移传感器11、入口压力传感器12、导流室温度计13和出口压力传感器14连接；所述回压阀17，与所述出气阀16连接；所述气体加热器8，与所述气体流量计7、加热器温度传感器9和进气阀10连接；所述气体调压阀5，与所述高压氮气瓶4、气体压力计6和气体流量计7连接。
进一步地，所述U形管差压传感器2，包括：连接口2.3、连接口2.4、差压传感器支架2.5和U形管2.6；所述连接口2.3，与所述U形管2.6的一端口，以及所述差压计连接控制阀2.1连接；所述连接口2.4，与所述U形管2.6的另一端口连接；所述U形管2.6，固定在所述差压传感器支架2.5上，所述U形管2.6上具有刻度。
进一步地，所述导流室1，包括：进气口1.1、出气口1.2、温度传感器插孔1.3和加热棒加热孔1.4；所述进气口1.1，位于所述导流室1的一面侧壁上；所述出气口1.2，位于与所述一面侧壁相对的所述导流室1的另一面侧壁上；所述温度传感器插孔1.3，位于与所述一面侧壁相邻的所述导流室1的又一面侧壁上；所述加热棒加热孔1.4，位于所述一面侧壁上。
进一步地，所述导流室1，还包括：活塞1.5、方形密封圈1.6、橡胶垫1.7、岩板1.8和支撑剂填充层1.9；所述活塞1.5，位于所述导流室1的内部构件两侧；所述方形密封圈1.6，位于所述导流室1的内部构件内，用于密封所述导流室1；所述橡胶垫1.7，与所述岩板1.8相邻设置；所述岩板1.8，与所述支撑剂填充层1.9相邻设置；所述支撑剂填充层1.9，与所述岩板1.8相邻设置，位于所述导流室1的中央位置。
本发明实施例提供的用于测量页岩气气测导流能力的装置，通过在导流室下部采用U形管差压传感器，可以在测量页岩气气测导流能力的时候，获得更为精确的压差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的用于测量页岩气气测导流能力的装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的U形管差压传感器结构示意图；
图3为本发明实施例提供的导流室侧壁结构示意图；
图4为本发明实施例提供的导流室***示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明实施例提供了一种用于测量页岩气气测导流能力的装置，参见图1，该装置包括：导流室1、U形管差压传感器2、差压计连接控制阀2.1、差压计连接控制阀2.2、数据采集***3、高压氮气瓶4、气体调压阀5、气体压力计6、气体流量计7、气体加热器8、加热器温度传感器9、进气阀10、光电位移传感器11、入口压力传感器12、导流室温度计13、出口压力传感器14、真空泵15、出气阀16和回压阀17；所述导流室1，与所述光电位移传感器11、入口压力传感器12、导流室温度计13、出口压力传感器14、真空泵15、出气阀16、差压计连接控制阀2.1和差压计连接控制阀2.2连接；所述U形管差压传感器2，与所述差压计连接控制阀2.1和差压计连接控制阀2.2连接；所述数据采集***3，与所述U形管差压传感器2、气体压力计6、加热器温度传感器9、光电位移传感器11、入口压力传感器12、导流室温度计13和出口压力传感器14连接；所述回压阀17，与所述出气阀16连接；所述气体加热器8，与所述气体流量计7、加热器温度传感器9和进气阀10连接；所述气体调压阀5，与所述高压氮气瓶4、气体压力计6和气体流量计7连接。供气***由高压氮气瓶4、气体调压阀5、气体压力计6、气体流量计7、气体加热器8依次连接，所述气体压力计6与数据采集***3连接，所述气体加热器8连接有加热器温度传感器9，所述加热器温度传感器9与数据采集***3相连。回压控制***由回压阀17与出气阀16相连接组成。
请参见图2，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的用于测量页岩气气测导流能力的装置，所述U形管差压传感器2，包括：连接口2.3、连接口2.4、差压传感器支架2.5和U形管2.6；所述连接口2.3，与所述U形管2.6的一端口，以及所述差压计连接控制阀2.1连接；所述连接口2.4，与所述U形管2.6的另一端口连接；所述U形管2.6，固定在所述差压传感器支架2.5上，所述U形管2.6上具有刻度。具体地，所述U形管差压传感器2上设置连接口2.3、2.4与导流室经差压计连接控制阀相连，U形管差压传感器2同时与数据采集***3相连，所述U形管差压传感器2固定在差压传感器支架2.5上。
请参见图3，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的用于测量页岩气气测导流能力的装置，所述导流室，包括：进气口1.1、出气口1.2、温度传感器插孔1.3和加热棒加热孔1.4；所述进气口1.1，位于所述导流室1的一面侧壁上；所述出气口1.2，位于与所述一面侧壁相对的所述导流室1的另一面侧壁上；所述温度传感器插孔1.3，位于与所述一面侧壁相邻的所述导流室1的又一面侧壁上；所述加热棒加热孔1.4，位于所述一面侧壁。
请参见图4，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的用于测量页岩气气测导流能力的装置，所述导流室1，还包括：进气口1.1、出气口1.2、温度传感器插孔1.3、加热棒加热孔1.4、活塞1.5、方形密封圈1.6、橡胶垫1.7、岩板1.8和支撑剂填充层1.9；其中，进气口1.1、出气口1.2、温度传感器插孔1.3和加热棒加热孔1.4的连接关系，与图3中相同标记的部件完全一致，在此不再赘述。所述活塞1.5，位于所述导流室1的内部构件两侧；所述方形密封圈1.6，位于所述导流室1的内部构件内，用于密封所述导流室1；所述橡胶垫1.7，与所述岩板1.8相邻设置；所述岩板1.8，与所述支撑剂填充层1.9相邻设置；所述支撑剂填充层1.9，与所述岩板1.8相邻设置，位于所述导流室1的中央位置。具体地，所述支撑剂填充层1.9置于两块岩板1.8之间，岩板1.8放置在橡胶垫1.7上，所述活塞1.5放置于内部构件内具体可以为导流槽内，可上下滑动，由液压机压紧对支撑剂填充层1.9施加压力，活塞1.5上装有方形密封圈1.6进行气体密封。具体地，所述进气口1.1与进气阀之间连接有入口压力传感器，所述出气口1.2与出气阀相连，并在连接管线上连接有出口压力传感器与真空泵。
本发明实施例提供的用于测量页岩气气测导流能力的装置，通过在导流室下部采用U形管差压传感器，可以在测量页岩气气测导流能力的时候，获得更为精确的压差。
为了能够更加清晰地体现本发明技术方案的精神实质，下面将上述实施例提供的用于测量页岩气气测导流能力的装置的实际使用方法做一介绍。需要说明的是，该使用方法仅仅是为了使本发明的技术方案更加清晰，并非对本发明技术方案所涉及的保护范围的限制，任何符合本发明技术本质的方案，均在本专利的保护范围之内。前述的用于测量页岩气气测导流能力的装置的测试步骤如下：
将装填支撑剂的导流室放置于液压机上，先关闭差压计连接控制阀2.1、2.2(图1中所示)、进气口1.1(图3或图4中所示)以及出气口1.2(图3或图4中所示)，开启真空泵15对导流室1进行抽真空(图1中所示)；
将四根电加热棒依次***四个加热棒加热孔1.4(图3中所示)，开启气体加热器8(图1中所示)开始加热，在控制***上设置实验温度，并将温度传感器***两个温度传感器插孔1.3(图3或图4中所示)，通过导流室温度计13监测导流室温度T1，通过加热器温度传感器9监测加热器温度T2(图1中所示)，若温度稳定在实验温度，扭转回压阀17回压(图1中所示)；
使用液压机对导流室1(图1中所示)加载压力至第一组闭合压力，开启高压氮气瓶4(图1中所示)、进气阀10(图1中所示)以及出气阀16(图1中所示)，调节气体调压阀5(图1中所示)，当流量稳定在测试流量左右时，开启差压计连接控制阀2.1、2.2(图1中所示)；
当出口压力传感器14(图1中所示)测得压力较为稳定时，读取U形管差压传感器2(图1或图2中所示)上水柱高度差(通过刻度读出)，将其记录至数据采集***3(图1中所示)，电脑将会以此时所测得数据，计算出导流能力大小；可改变流量进行对比测试，测试完一组后可加载闭合压力进行下一组实验；实验采集到的闭合压力、温度、流量、差压、支撑剂厚度等数据自动保存并进行计算，绘制变化曲线图，效率高。
本发明实施例提供的用于测量页岩气气测导流能力的装置，具有以下优点：
(1)U形管差压传感器高度为2.5m，1m水柱差压为9.8KPa，则测试差压最大为24.5KPa，两边U形管上有刻度线，精度为1mm，则测量精度为0.0098KPa，测量精度大大提高。改进常规气测导流能力公式：
其中，Wf为裂缝宽度；P1为大气压(也为支撑裂缝入口测试点的压力)，已知；P2为支撑裂缝出口测试点的压力，单位为KPa；k为支撑裂缝渗透率，单位为μm2；Q0为气体流过裂缝的流量，单位为cm3/min；μ为气体粘度，单位为mPa·s；P0为大气压。
由压力传感器所测得最高精度为10KPa；P1-P2即为U形管差压计两端差压ΔP，其精度达到0.01KPa；实验时加回压P′使出口压力稳定，一般测试出口压力P2≈P′；
则导流能力计算公式为：
(2)装置采用哈氏合金，抗压强度高、耐高温，可模拟最高温度为150℃，最高闭合压力200MPa；
(3)装置导流室使用方形密封圈，在岩板上加设可耐高温橡胶垫，防止岩板被压断，温度升高后可紧贴导流室内壁，进一步提高气密封型
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种用于测量页岩气气测导流能力的装置，其特征在于，包括：
导流室(1)、U形管差压传感器(2)、差压计连接控制阀(2.1)、差压计连接控制阀(2.2)、数据采集***(3)、高压氮气瓶(4)、气体调压阀(5)、气体压力计(6)、气体流量计(7)、气体加热器(8)、加热器温度传感器(9)、进气阀(10)、光电位移传感器(11)、入口压力传感器(12)、导流室温度计(13)、出口压力传感器(14)、真空泵(15)、出气阀(16)和回压阀(17)；
所述导流室(1)，与所述光电位移传感器(11)、入口压力传感器(12)、导流室温度计(13)、出口压力传感器(14)、真空泵(15)、出气阀(16)、差压计连接控制阀(2.1)和差压计连接控制阀(2.2)连接；
所述U形管差压传感器(2)，与所述差压计连接控制阀(2.1)和差压计连接控制阀(2.2)连接；
所述数据采集***(3)，与所述U形管差压传感器(2)、气体压力计(6)、加热器温度传感器(9)、光电位移传感器(11)、入口压力传感器(12)、导流室温度计(13)和出口压力传感器(14)连接；
所述回压阀(17)，与所述出气阀(16)连接；
所述气体加热器(8)，与所述气体流量计(7)、加热器温度传感器(9)和进气阀(10)连接；
所述气体调压阀(5)，与所述高压氮气瓶(4)、气体压力计(6)和气体流量计(7)连接。
2.根据权利要求1所述的用于测量页岩气气测导流能力的装置，其特征在于，所述U形管差压传感器(2)，包括：
连接口(2.3)、连接口(2.4)、差压传感器支架(2.5)和U形管(2.6)；
所述连接口(2.3)，与所述U形管(2.6)的一端口，以及所述差压计连接控制阀(2.1)连接；
所述连接口(2.4)，与所述U形管(2.6)的另一端口连接；
所述U形管(2.6)，固定在所述差压传感器支架(2.5)上，所述U形管(2.6)上具有刻度。
3.根据权利要求1所述的用于测量页岩气气测导流能力的装置，其特征在于，所述导流室(1)，包括：
进气口(1.1)、出气口(1.2)、温度传感器插孔(1.3)和加热棒加热孔(1.4)；
所述进气口(1.1)，位于所述导流室(1)的一面侧壁上；
所述出气口(1.2)，位于与所述一面侧壁相对的所述导流室(1)的另一面侧壁上；
所述温度传感器插孔(1.3)，位于与所述一面侧壁相邻的所述导流室(1)的又一面侧壁上；
所述加热棒加热孔(1.4)，位于所述一面侧壁上。
4.根据权利要求1所述的用于测量页岩气气测导流能力的装置，其特征在于，所述导流室(1)，还包括：
活塞(1.5)、方形密封圈(1.6)、橡胶垫(1.7)、岩板(1.8)和支撑剂填充层(1.9)；
所述活塞(1.5)，位于所述导流室(1)的内部构件两侧；
所述方形密封圈(1.6)，位于所述导流室(1)的内部构件内，用于密封所述导流室(1)；
所述橡胶垫(1.7)，与所述岩板(1.8)相邻设置；
所述岩板(1.8)，与所述支撑剂填充层(1.9)相邻设置；
所述支撑剂填充层(1.9)，与所述岩板(1.8)相邻设置，位于所述导流室(1)的中央位置。
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