自悬浮支撑剂悬浮性能检测仪器的制作方法

本发明涉及一种支撑剂的检测装置，具体涉及一种自悬浮支撑剂悬浮性能检测仪器。

背景技术：

石油天然气深井开采时，水力压裂增产技术是目前石油天然气行业提高油气井产量的主要措施之一，支撑剂的物化性能直接影响其增产效果。将支撑剂混入压裂液并注入深层岩石的裂缝中，支撑剂在裂缝处形成用于保持和打开裂缝的填充或支撑，支撑住裂缝形成高渗透性原油流动通道，保持原油顺畅通过，可最大限度地挖掘油井产油潜力。

为了完成在裂缝内部放置支撑剂，需要将支撑剂颗粒在压裂液流体中悬浮，以便在压裂施工过程中将含有悬浮状支撑剂的压裂液通过高压泵送达油气井中，并到达压裂施工所制造的裂隙中。但是传统的压裂液是需要在水中加入大量的增稠剂（水溶性高分子）以便增加其自身的黏弹性，使其可承载相对视密度更大的支撑剂颗粒物。因此，存在施工工艺复杂、压裂成本较高、对储层造成伤害等严重不足。

赋予现有的支撑剂可在水中漂浮而不立即下沉的特性，将使其直接悬浮在水中，形成自悬浮支撑剂，而不需要在水中添加增稠剂以形成较大黏弹性的压裂液，这是当今压裂支撑剂技术发展的一个可展望的领域。自悬浮支撑剂表面的可水化分子遇水快速溶胀，在支撑剂内核周围形成稳固的水化层。水化层的出现降低了支撑剂在水中的密度，增加了支撑剂之间的润滑性。于此同时，支撑剂表面少量有机分子伸展于水溶液中，增加了水的黏度。两者的协同作用，使得自悬浮支撑剂不借助增稠剂就能轻易地在清水中长时间悬浮。

但是如何评价和判断不同支撑剂在清水中的漂浮（自悬浮）不下沉的能力一直是一个难题。当今测试自悬浮支撑剂自悬浮性的方法是称取一定量的自悬浮支撑剂颗粒物，直接倒入清水中观察在清水中的悬浮颗粒物量比；或者是在前者的基础上施以机械搅拌力后静止，观察清水中的悬浮颗粒物量比；再者就是将自悬浮支撑剂倒入清水中后将实验容器密闭并进行上下摇振一定时间或次数后静止，观察清水中的悬浮颗粒物量比。

现有的测试方法和测试装置存在诸多的不可靠性，使得测试的结果具有较大的偏差。分析原因，是因为在测试时，自悬浮支撑剂加入到检测仪器的清水中不能立即与水充分反应，实现自悬浮支撑剂自身的体积膨胀，不能真正达到悬浮的状态。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自悬浮支撑剂悬浮性能检测仪器，通过一定的补偿方式，在较短的测试时间段中，解决自悬浮支撑剂不能立即与水充分反应而实现自身的体积膨胀导致测试结果不可靠的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：自悬浮支撑剂悬浮性能检测仪器，包括上端开口的容器，所述容器中设有气体集聚板，所述气体集聚板位于容器的底部，所述气体集聚板中设有中空腔体，所述气体集聚板的上端面开设有通气孔，所述通气孔与气体集聚板的中空腔体连通；所述气体集聚板上设有通气管，所述通气管与气体集聚板的中空腔体连通。

采用上述技术方案时，容器可以用来盛装清水，检测时，整个气体集聚板淹没在容器中盛放的清水中。向通气管中通入气体，将压缩空气通过通气管送入容器底部的气体集聚板内，压缩气体在通过气体集聚板进行调配均压后从位于气体集聚板上端板面上的若干个通气孔吹入容器内的清水中，产生大量、均匀的气泡。加入到清水中的自悬浮支撑剂颗粒物会与清水中大量细小均匀的气泡接触，通过气、液、固三相界面的表界面力的共同作用下，一方面自悬浮支撑剂颗粒物的固体界面与水体液相界面接触产生占位效应产生浮力，另一方面与水体中大量的气泡气相界面接触产生气固界面力。水体中的气泡吸附在支撑剂颗粒物表面上增大了自悬浮支撑剂颗粒物的水体占位体积使自悬浮支撑剂颗粒物受到的浮力与其叠加，增大了自悬浮支撑剂颗粒物受到的浮力，使得测试的状态下自悬浮支撑剂颗粒物的悬浮状态更接近于实际的使用状态。自悬浮支撑剂颗粒物加入到水体中会因为自身体积占位而排开相同体积的水体，由此产生于重力相反方向的上浮力，在这种上浮力的作用下抵消了地心引力，从而造成下沉速率减慢，当上浮力与地心引力相同时自悬浮支撑剂颗粒物就停滞下沉表现为漂浮（自悬浮）状态；其次，颗粒物表面在刚与水体接触时因为不同相物质的内聚力不同会在接触界面产生不同的界面力，固液界面、液气界面、气固界面、以及气、液、固界面同时存在的界面结合点都会因为表界面间的作用力大小不同、方向不同而产生不同大小、不同方向的合力，使得自悬浮支撑剂颗粒物分散在液相中的状态不同。解决了自悬浮支撑剂颗粒物加入清水中不能立即与清水反应自我体积膨胀的检测难题。相较将自悬浮支撑剂颗粒物直接倒入水体、或倒入水体时加以搅拌的漂浮（自悬浮）效果，本发明的测试效果更佳。

进一步改进方案，所述通气管上设有气流控制阀。通过气流控制阀，能够调节进入气体集聚板中的气体压强，间接调节清水中的气泡大小和气泡上升的速度。

进一步改进方案，所述容器为圆柱体，所述气体集聚板为圆形板，所述通气孔圆周均布在气体集聚板的上端面。

进一步改进方案，所述通气孔的孔径相同。设置相同孔径的通气孔，能够使得所产生的气泡大小和速度基本相同，减少气泡的大小和速度的不同对检测结果的影响，有助于提高自悬浮支撑剂悬浮性能检测的精度。

进一步改进方案，所述容器中还设有搅拌机构，所述搅拌机构的转轴与气体集聚板的上端面垂直。在搅拌机构作用下，水体会因为搅拌机构的搅动产生水体涡旋状态，不同的涡旋状态的雷诺指数不同可以造成自悬浮支撑剂颗粒物与水体的相对移动速率和接触面积会不同，使得自悬浮支撑剂颗粒物在水体中的漂浮时间远远长于其他检测方法的同时加速了自悬浮支撑剂颗粒物外表面的树脂相关水反应性组分与水体进行化学反应的速率和总体量。解决自悬浮支撑剂颗粒物在水中需要一段与水反应产生体积膨胀不足而自悬浮效果不好的技术难题，有助于提高悬浮性能检测的准确度。

进一步改进方案，所述通气管上设有气体压力表。通过压力表上的读数可以方便直观判断通入气体的压力，可以根据需要进行压力调节。

进一步改进方案，所述气体集聚板的侧面设有密封圈，所述密封圈用于封闭气体集聚板与容器内壁之间的间隙。利用密封圈，能够封闭气体集聚板与容器内壁之间的间隙，可以最大程度起到隔水的作用，提高检测结果的准确性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明自悬浮支撑剂悬浮性能检测仪器实施例1的结构示意图；

图2是图1中气体集聚板的俯视结构示意图；

图3是图1的测试状态示意图；

图4是本发明自悬浮支撑剂悬浮性能检测仪器实施例2的结构示意图。

具体实施方式

附图标记：容器1，气体集聚板2，通气孔21，通气管22，气泡3，自悬浮支撑剂颗粒物4，搅拌机构5。

实施例1

如图1和图2所示，本发明自悬浮支撑剂悬浮性能检测仪器，包括了一个透明的容器1，容器1可以是玻璃材质制成。容器1的上端开口，底部封闭。容器1内放置有一个气体集聚板2，气体集聚板2为中空结构，在气体集聚板2的上端面上开设有若干个通气孔21。通气孔21与气体集聚板2内的中空腔体连通。在气体集聚板2上固定有一个通气管22，通气管22也与气体集聚板2内的中空腔体连通，并且能够保证通气管22中通入到气体集聚板2中的气体能够从通气孔21排出。

如图3所示，具体的使用方法如下，将气体集聚板2放入容器1中，往容器1中注入清水，可以将清水注入到容器1高度的一半位置。向通气管22通入压缩空气，调整压缩空气压力至0.05至0.3Mpa，通入的压缩空气流量每分钟在1至100升，压缩空气通过气体集聚板2上的通气孔21形成气泡3进入到容器1的清水中。待清水中的气泡3呈均匀和较稳定的上升速度后，加入自悬浮支撑剂颗粒，并计时30秒后停止鼓入压缩空气，然后检测自悬浮支撑剂颗粒的沉床高度占总量的百分比。

将压缩空气通过通气管22送入容器1底部的气体集聚板2内，压缩气体在通过气体集聚板2进行调配均压后从位于气体集聚板2上端板面上的若干个通气孔21吹入容器1内的清水中，产生大量、均匀的气泡3。这些气泡3穿过清水层排向容器1的上端后进入空气中。在前述容器1清水中气泡3状态稳定后，通过容器1上端开口加入一定量的自悬浮支撑剂颗粒物4，这些加入的自悬浮支撑剂颗粒物4进入清水中与水体接触，同时也与清水中大量细小均匀的气泡3接触，通过气、液、固三相界面的表界面力的共同作用下，一方面自悬浮支撑剂颗粒物4的固体界面与水体液相界面接触产生占位效应产生浮力，另一方面与水体中大量的气泡3气相界面接触产生气固界面力。水体中的气泡吸附在支撑剂颗粒物表面上增大了自悬浮支撑剂颗粒物4的水体占位体积使自悬浮支撑剂颗粒物4受到的浮力与其叠加，增大了自悬浮支撑剂颗粒物4受到的浮力，使得测试的状态下自悬浮支撑剂颗粒物4的悬浮状态更接近于实际的使用状态。

自悬浮支撑剂颗粒物4加入到水体中会因为自身体积占位而排开相同体积的水体，由此产生于重力相反方向的上浮力，在这种上浮力的作用下抵消了地心引力，从而造成下沉速率减慢，当上浮力与地心引力相同时自悬浮支撑剂颗粒物4就停滞下沉表现为漂浮（自悬浮）状态；其次，颗粒物表面在刚与水体接触时因为不同相物质的内聚力不同会在接触界面产生不同的界面力，固液界面、液气界面、气固界面、以及气、液、固界面同时存在的界面结合点都会因为表界面间的作用力大小不同、方向不同而产生不同大小、不同方向的合力，使得自悬浮支撑剂颗粒物4分散在液相中的状态不同。

解决了自悬浮支撑剂颗粒物4加入清水中不能立即与清水反应自我体积膨胀的检测难题。相较将自悬浮支撑剂颗粒物4直接倒入水体、或倒入水体时加以搅拌的漂浮（自悬浮）效果，本发明的测试效果更佳。

实施例2

如图4所示，本发明自悬浮支撑剂悬浮性能检测仪器，包括了一个透明的容器1，容器1可以是玻璃材质制成。容器1的上端开口，底部封闭。容器1内放置有一个气体集聚板2，气体集聚板2为中空结构，在气体集聚板2的上端面上开设有若干个通气孔21。通气孔21与气体集聚板2内的中空腔体连通。在气体集聚板2上固定有一个通气管22，通气管22也与气体集聚板2内的中空腔体连通，并且能够保证通气管22中通入到气体集聚板2中的气体能够从通气孔21排出。另外，在容器1中，还有一个从容器1的上端开口向下伸入容器1中的搅拌机构5，搅拌机构5通过相对于气体集聚板2的上端面进行相对运动，搅拌机构5上的叶片掠过气体集聚板2的上方。另外，通气管22包括了两段，一段是与气体集聚板2直接固定连接的硬质段，该硬质段可以为不锈钢管。另一段是与硬质段密封连接的软管段。通过设置通气管22的硬质段，能够将该硬质段做为把手部，用来将气体集聚板2取出或放入容器1中。再者，搅拌机构5的转轴上方可以固定连接一个旋转叶片，该旋转叶片置于封闭的压力腔中，该压力腔具有进气口和出气口。压力腔的出气口与通气管22连通，压力腔的进气口与压缩空气源连通。这样，在往气体集聚板2中通入压缩空气时，压缩空气会经过压力腔，驱动压力腔中的旋转叶片转动，从而通过旋转叶片带动搅拌机构5转动，使得搅拌机构5能够自行搅动容器1中的清水。

将压缩空气通过通气管22送入容器1底部的气体集聚板2内，压缩气体在通过气体集聚板2进行调配均压后从位于气体集聚板2上端板面上的若干个通气孔21吹入容器1内的清水中，产生大量、均匀的气泡3。这些气泡3穿过清水层排向容器1的上端后进入空气中。在前述容器1清水中气泡3状态稳定后，通过容器1上端开口加入一定量的自悬浮支撑剂颗粒物4，这些加入的自悬浮支撑剂颗粒物4进入清水中与水体接触，同时也与清水中大量细小均匀的气泡3接触，通过气、液、固三相界面的表界面力的共同作用下，一方面自悬浮支撑剂颗粒物4的固体界面与水体液相界面接触产生占位效应产生浮力，另一方面与水体中大量的气泡3气相界面接触产生气固界面力。水体中的气泡吸附在支撑剂颗粒物表面上增大了自悬浮支撑剂颗粒物4的水体占位体积使自悬浮支撑剂颗粒物4受到的浮力与其叠加，增大了自悬浮支撑剂颗粒物4受到的浮力，使得测试的状态下自悬浮支撑剂颗粒物4的悬浮状态更接近于实际的使用状态。解决了自悬浮支撑剂颗粒物4加入清水中不能立即与清水反应自我体积膨胀的检测难题。相较将自悬浮支撑剂颗粒物4直接倒入水体、或倒入水体时加以搅拌的漂浮（自悬浮）效果，本发明的测试效果更佳。另外，在搅拌机构5作用下，水体会因为搅拌机构5的转速不同和搅拌机构5的结构不同产生不同的水体涡旋状态，不同的涡旋状态的雷诺指数不同可以造成自悬浮支撑剂颗粒物4与水体的相对移动速率和接触面积会不同，这样产生了另外一个效果，就是自悬浮支撑剂颗粒物4在水体中的漂浮时间远远长于其他检测方法的同时加速了自悬浮支撑剂颗粒物4外表面的树脂相关水反应性组分与水体进行化学反应的速率和总体量。解决了自悬浮支撑剂颗粒物4在水中需要一段与水反应产生体积膨胀不足而自悬浮效果不好的技术难题。所以，利用本检测仪器在自悬浮支撑剂颗粒物4加入过程中已有的气、液、固三相同时存在和机械搅拌作用环境下的自悬浮效果大大改善，有助于提高悬浮性能检测的准确度。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，例如：容器1可以选用250毫升的烧杯，加入烧杯中的清水量可以是120毫升，搅拌机构5的转速在每分钟3至80转，加入烧杯中进行检测的自悬浮支撑剂颗粒物4的重量为30克。再者，为了模拟不同的使用环境，容器1还可以采用其他制作的各种形状的玻璃容器，如多面体或球体容器。

这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。