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運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置，主要由空壓機儲氣罐、溫度傳感器、儲液罐、溫度控制器、高速攝像系統、數字圖像處理系統、流量計、針閥、可視模擬裂縫懸砂系統、柔光箱、收液罐組成。本發明通過恒壓氣體驅動液體流動的方式，使不同流速和溫度的攜砂壓裂液通過可視模擬裂縫懸砂系統，通過高速攝像系統捕捉砂粒在裂縫中的運動軌跡，通過數字圖像處理系統，確定砂粒的沉降軌跡和沉降速度，并可得出懸砂濃度沿裂縫的分布。本發明原理可靠，操作簡便，不僅能準確測試不同粒徑砂粒以不同的砂比在不同溫度、不同流速的壓裂液中的沉降速度，還能準確測試砂粒在模擬裂縫中的濃度分布，具有廣闊的市場前景。
【專利說明】運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置。
【背景技術】
[0002]目前公知的壓裂液攜砂、懸浮性能測試評價通用方法為測量支撐劑顆粒在壓裂液中的自由沉降速度，由于壓裂液的溫度和流速對其懸浮性能有很大的影響，所以顆粒沉降速度指標僅僅能宏觀、間接地反映液體的懸浮能力，不能準確反映攜砂壓裂液以不同的溫度和流速在裂縫中流動時砂粒的沉降速度，更不能測試懸砂濃度沿裂縫的分布。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置，該裝置原理可靠，操作簡便，不僅能準確測試不同粒徑砂粒以不同的砂比在不同溫度、不同流速的壓裂液中的沉降速度，還能準確測試砂粒在模擬裂縫中的濃度分布。
[0004]為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。
[0005]本發明通過恒壓氣體驅動液體流動的方式，使不同流速和溫度的攜砂壓裂液通過可視模擬裂縫懸砂系統，通過高速攝像系統捕捉砂粒在裂縫中的運動軌跡，通過數字圖像處理系統，就可以確定砂粒的沉降軌跡和沉降速度。同樣可以通過高速攝像機拍攝的砂粒在模擬裂縫中的平均分布影像，根據砂對光的吸收和散射作用表現出的水體顏色灰度不同，運用數字圖象技術，可得出懸砂濃度沿裂縫的分布，具有廣闊的市場前景。
[0006]運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置，主要由空壓機儲氣罐、溫度傳感器、儲液罐、溫度控制器、高速攝像系統、數字圖像處理系統、流量計、針閥、可視模擬裂縫懸砂系統、柔光箱、收液罐組成。所述儲液罐裝有攜砂壓裂液，其兩端連有溫度傳感器和溫度控制器，儲液罐上部連接空壓機儲氣罐，所述空壓機儲氣罐用恒壓氣體驅動攜砂壓裂液流動，下部通過管路連接可視模擬裂縫懸砂系統和收液罐，所述儲液罐和可視模擬裂縫懸砂系統之間的管路上有流量計和針閥；所述高速攝像系統以柔光箱為光源對可視模擬裂縫懸砂系統進行觀察和拍攝，所述高速攝像系統連接數字圖像處理系統。
[0007]所述可視模擬裂縫懸砂系統，是由兩塊平行放置、大小均為500mmX 1500mm、有縱向和橫向刻度的有機玻璃面板組成，兩塊面板之間的間距為5_，所構成的狹窄裂縫通道來模擬地層裂縫。
[0008]本發明分為兩個系統:管路及裂縫模擬系統和高速攝像及數字圖像處理系統。
[0009]管路及裂縫模擬系統:采用容積為50L，設計壓力為IMPa儲罐作為測試液體儲存容器(罐內帶電磁式攪拌器，罐體帶安全閥、壓力表、液位計)。容器上部與最大工作壓力
0.5Mpa的便攜式可調壓空壓機連通，由空壓機提供恒壓氣源驅動儲液罐中的壓裂液流動。測試壓裂液的溫度采用加熱器、溫度變送器、溫度控制器來控制。控制方法為:在溫度控制器上設定測試的目標溫度，由溫度變送器探測罐內測試液溫度，當測試液溫度低于設定值，溫度控制器控制儲液罐外部包裹的加熱器進行加熱至設定值。并通過在儲液罐和管道外包裹隔熱層的辦法，保持測試過程恒溫。需測試的攜砂壓裂液樣品通過氣體壓力驅動在管道內流動，液體從儲液容器中流出后，進入內徑為IOmm的不銹鋼直管段，液體的流速通過針閥控制(可控制雷諾數范圍為1000-100000)，并由流量計計量后流入兩塊平行放置大小均為500mmX 1500mm,有縱向和橫向刻度的有機玻璃面板。兩塊面板之間的間距為5mm,構成狹窄的裂縫通道來模擬地層裂縫。砂在模擬裂縫中的運動規律和分布，可以清楚地通過透明的有機玻璃面板觀察和拍攝。
[0010]高速攝像及數字圖像處理系統:高速攝像系統采用美國Vision Research公司研發的Phantom產品系列，基于CMOS的傳感器的分辨率可調，最高可達1600 X 1200，最大分辨率下的巾貞頻達lOOOpps,低分辨率下的巾貞頻達160000pps,能夠清晰地拍攝到砂粒的瞬間運動圖像。高速攝像機根據實驗需求逆光拍攝，對光線的亮度有較高的要求，光源使用特制的柔光箱，光線明亮無閃爍，使得透射光強沿裂縫方向分布均勻，以保證砂粒運動規律及懸砂分布的拍攝質量。高速攝像系統捕捉砂粒在裂縫中的運動軌跡，通過數字圖像處理系統，就可以確定砂粒的沉降軌跡和沉降速度。同樣，可以通過高速攝像機拍攝的砂粒在模擬裂縫中的平均分布影像，根據泥沙對光的吸收和散射作用，透射光強較之入射光強將按指數規律削弱，且懸砂濃度越大，削弱越厲害，表現為水體顏色灰度不同。由此，通過數字圖像處理系統運用數字圖象技術，得出相應的灰度分布，然后根據標定的懸砂濃度與灰度關系，便可得出懸砂濃度沿裂縫的分布。
[0011]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
(I)本發明能準確測試不同粒徑的砂粒以不同的砂比在不同溫度(溫度范圍:常溫-100°c)、不同流速(雷諾數范圍:1000-100000)的壓裂液中的沉降速度；并且在測試沉降速度的同時得出砂粒在模擬裂縫中的濃度分布。
[0012](2)本發明運用高速攝像機及數字圖像處理的技術手段，不僅克服了目前公知的壓裂液攜砂、懸浮性能測試評價方法僅能宏觀、間接地反映液體的懸浮能力的不足，準確測量攜砂壓裂液以不同的溫度和流速在裂縫中流動時砂粒的沉降速度，還可以同時準確得出砂粒在模擬裂縫中的濃度分布，更加準確、全面地反映壓裂液在地層流動中的攜砂、懸浮性倉泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置的結構示意圖。
[0014]圖中I空壓機儲氣罐，2溫度傳感器，3儲液罐，4溫度控制器，5高速攝像系統，6數字圖像處理系統，7流量計，8針閥，9可視模擬裂縫懸砂系統，10柔光箱，11收液罐。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖進一步說明本發明。
[0016]參看圖1。
[0017]運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置，主要由空壓機儲氣罐
1、溫度傳感器2、儲液罐3、溫度控制器4、高速攝像系統5、數字圖像處理系統6、可視模擬裂縫懸砂系統9、收液罐11組成。所述儲液罐3裝有攜砂壓裂液，其兩端連有溫度傳感器2和溫度控制器4，儲液罐上部連接空壓機儲氣罐I，下部通過管路連接可視模擬裂縫懸砂系統9和收液罐11，所述儲液罐和可視模擬裂縫懸砂系統之間的管路上有流量計7和針閥8 ；所述高速攝像系統5以柔光箱10為光源，對可視模擬裂縫懸砂系統9進行觀察和拍攝，所述高速攝像系統5連接數字圖像處理系統6。
[0018]需測試的攜砂壓裂液樣品盛裝在儲液罐3中，通過空壓機儲氣罐I內氣體的壓力驅動液體進入直管段。整個裝置的溫度由儲液罐的溫度控制器4控制，可以按照測試需要改變。液體的流速通過測試管段的針閥8控制，并由流量計7計量。計量后進入可視模擬裂縫懸砂系統9。在可視模擬裂縫懸砂系統中通過高速攝像系統5在柔光箱10為光源的條件下拍攝砂粒的沉降軌跡和分布影像，然后由數字圖像處理系統6分析拍攝影像，得出砂粒的沉降速度和在模擬裂縫中的濃度分布。測試后的液體最后流入收液罐11。
【權利要求】
1.運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置，主要由空壓機儲氣罐(I)、溫度傳感器(2)、儲液罐(3)、溫度控制器(4)、高速攝像系統(5)、數字圖像處理系統(6)、可視模擬裂縫懸砂系統(9)、收液罐(11)組成，其特征在于，所述儲液罐(3)裝有攜砂壓裂液，其兩端連有溫度傳感器(2)和溫度控制器(4)，儲液罐上部連接空壓機儲氣罐(1)，下部通過管路連接可視模擬裂縫懸砂系統(9)和收液罐(11)，所述儲液罐和可視模擬裂縫懸砂系統之間的管路上有流量計(7)和針閥(8);所述高速攝像系統(5)以柔光箱(10)為光源，對可視模擬裂縫懸砂系統(9)進行觀察和拍攝，所述高速攝像系統(5)連接數字圖像處理系統(6)。
2.如權利要求1所述的運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置，其特征在于，所述可視模擬裂縫懸砂系統，是由兩塊平行放置、大小均為500_X 1500_、有縱向和橫向刻度的有機玻璃面板組成，兩塊面板之間的間距為5_，所構成的狹窄裂縫通道來模擬地層裂縫。
3.如權利要求1所述的運用高速攝影及數字圖像技術的壓裂液攜砂性能測試裝置，其特征在于，所述空壓機儲氣罐(I)用恒壓氣體驅動攜砂壓裂液流動。
【文檔編號】G01N15/04GK103712897SQ201410006547
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】羅平亞, 鮑晉, 郭擁軍 申請人:西南石油大學