一种用于测试API导流室支撑剂铺置的装置及测试方法与流程

本发明涉及石油工程领域，特别涉及一种应用于支撑剂裂缝导流能力评价系统的实验室装置，具体为一种用于测试api导流室支撑剂铺置的装置及测试方法。

背景技术：

在油气田的增产措施中能否形成高导流能力的裂缝是压裂作业的关键，裂缝的导流能力直接影响着油气田生产，在不同的油藏中不同条件下的裂缝导流能力对增产又有着不同的影响。要想油藏在压裂作业后能稳定生产，就需了解支撑剂裂缝的导流能力及影响裂缝导流能力的各项因素，这就需要通过实验的手段，根据得出的数据进行分析，通过实验结果来调整优化现场压裂，达到增产目的。在支撑剂裂缝长期评价实验中，安装导流室的步骤中包括将带有方形密封圈的下活塞放入导流室内，再放入金属板，然后将称量好的支撑剂倒在金属板上。由于该仪器要求填入的支撑剂充填层为均匀状态，但实验中通常是依据实验科研人员主观经验判断识别支撑剂填充层是否均匀，存在一定臆断，然而填充层如果不均匀则会导致测得的实验数据误差大以至无法使用影响实验结果。从现有的实验室方法看，目前还没有针对这种情况作出改进的装置或者实验方法。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于测试api导流室支撑剂铺置的装置及测试方法，本发明旨在通过识别传感器信号得到的时域图来分析判断支撑剂填充层是否铺置均匀，从而很好的解决此问题，保证实验数据的准确性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于测试api导流室支撑剂铺置的装置，包括信号发生仪、探头、导流室、压电式传感器、有机硅薄膜以及数据分析处理装置；

信号发生仪与探头连接，探头设置于导流室的出口端，探头用于将信号发生仪发出的高频电脉冲转化为同等频率的振动信号并输入至导流室内；

有机硅薄膜设置于导流室内，用于包裹支撑剂；支撑剂朝向导流室的出口端以及导流室的入口端的部分露出；探头的信号发射端正对支撑剂露出的一面，使探头发出的信号只能通过支撑剂；

压电式传感器设置于导流室的入口端并与支撑剂露出的另一面正对，压电式传感器与数据分析处理装置连接，压电式传感器用于接收振动信号并输送给数据分析处理装置，数据分析处理装置用于接收压电式传感器的信号并利用该信号绘制出时域图。

数据分析处理装置包括数据分析仪和电脑，压电式传感器与数据分析仪连接，数据分析仪与电脑连接；数据分析仪用于接收压电式传感器的信号，并以excel形式一个时间点对应一个幅值记录下来；电脑用于将excel数据导入matlab软件中，调用matlab软件的调用plot函数，将导入的excel数据绘制成时域图。

还包括工作台和橡胶底座，橡胶底座设置于工作台上，导流室设置于橡胶底座上。

信号发生仪发出的信号为频率为0～5hz，幅值为0～10的正弦信号。

导流室中，支撑剂的填充厚度在0.25～1.27cm之间，导流室的工作温度不超过180℃。

压电式传感器的ic工作电压在12～24v之间，频率范围为0.5～5000hz，工作温度为-40～120℃，灵敏度在9.91～9.97mv/ms^-2之间。

一种用于测试api导流室支撑剂铺置的测试方法，通过上述装置进行，测试方法的过程如下：

在导流室中铺设一圈有机硅薄膜后，在有机硅薄膜(上铺置一层的支撑剂，再用有机硅薄膜对支撑剂进行包裹，包裹时，支撑剂朝向导流室的出口端以及导流室的入口端的部分露出；

接着利用信号发生仪发射高频电脉冲信号，探头将信号发生仪发出的高频电脉冲转化为同等频率的振动信号并输入至导流室内，振动信号在导流室传递后由压电式传感器接收并且输送给数据分析处理装置；振动信号在导流室传递过程中，有机硅薄膜将传来的振动信号与导流室隔绝，振动信号只通过支撑剂；

数据分析处理装置接收压电式传感器的信号并利用该信号绘制出时域图，再利用时域图判断支撑剂的铺置是否为均匀状态。

数据分析处理装置接收压电式传感器的信号并利用该信号绘制出时域图过程如下：

接收压电式传感器的信号，并以excel形式一个时间点对应一个幅值记录下来；将excel数据导入matlab软件中，调用matlab软件的调用plot函数，将导入的excel数据绘制成时间幅值图像，在得到的时间幅值图像的基础上再次调用plot函数，输入设置的信号发生仪的幅值，得到时域图。

利用时域图判断支撑剂的铺置是否为均匀状态时，时域图上，当接收信号的波峰在1.031～1.125范围内，则证明支撑剂铺置均匀，否则均为不均匀。

当接收信号的波峰整体小于1.013或整体大于1.125，则检查压电式传感器的信号接收端是否正对支撑剂层。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的用于测试api导流室支撑剂铺置的装置通过信号发生仪发出设置好的电信号，通过压电晶体制成的换能探头，探头将信号发生仪发出的电信号转换为振动信号并传入导流室系统，由压电式传感器接收端将接受到的振动信号传递给数据分析处理装置，数据分析处理装置将接收压电式传感器的信号并利用该信号绘制出时域图。利用时域图就能够判断支撑剂的铺置是否为均匀状态。设置有机硅薄膜来包裹支撑剂，支撑剂朝向导流室的出口端以及导流室的入口端的部分露出，即在支撑剂朝向导流室的出口端以及导流室的入口端均不设置有机硅薄膜，有机硅薄膜能够将传来的振动信号与导流室隔绝，使得振动信号只传给导流室中的支撑剂，以使得检测结果更加准确。综上所述，本发明的用于测试api导流室支撑剂铺置的装置能够解决当前裂缝导流能力实验中支撑剂铺置的均匀问题，为裂缝导流能力实验提供了一个可靠的装置和准确的判断方法。本发明设计原理简单，相比之前主观判断均匀性，本发明对于api裂缝导流能力实验能得出更加准确的数据。

进一步的，橡胶底座设置于工作台上，导流室设置于橡胶底座上，这样能够防止支撑剂和导流室因收到的振动信号产生共振破坏支撑剂铺置，将导流室放置在橡胶底座上并卡死。

由上述本发明用于测试api导流室支撑剂铺置的装置的有益效果可知，通过该装置用来测试api导流室支撑剂铺置情况，操作过程简便，通过识别传感器信号得到的时域图来分析判断支撑剂填充层是否铺置均匀，能够保证实验数据的准确性，从而很好的解决了现有技术中在判断支撑剂铺置时采用经验判断不准确，标准不统一，导致实验结果准确性差的问题。

附图说明

图1为本发明用于测试api导流室支撑剂铺置的装置的结构示意图；

图2是本发明采用的导流室的主视图；

图3是本发明采用的导流室的侧视图；

图4是本发明采用的导流室的俯视图；

图5是本发明采用的压电式传感器的主视图；

图6是本发明采用的压电式传感器的俯视图；

图7是本发明用于测试api导流室支撑剂铺置的装置的原理信号走向示意图；

图8是本发明用于测试api导流室支撑剂铺置的装置测试下的不标准时域图；

图9是本发明用于测试api导流室支撑剂铺置的装置测试下的标准时域图。

图中，1-信号发生仪，2-探头，3-导流室，4-压电式传感器，5-数据线，6-工作台，7-数据分析仪，8-电脑，9-橡胶底座，10-有机硅薄膜，11-支撑剂。

具体实施方式

下面结合本发明的装置示意图详细说明。

如图1所示，本发明的用于测试api导流室支撑剂铺置的装置，包括信号发生仪1、探头2、导流室3、压电式传感器4、工作台6、橡胶底座9、有机硅薄膜10以及数据分析处理装置；信号发生仪1与探头2连接，探头2设置于导流室3的出口端，探头2用于将信号发生仪1发出的高频电脉冲转化为同等频率的振动信号并输入至导流室3内；有机硅薄膜10设置于导流室3内，用于包裹支撑剂11；支撑剂11朝向导流室3的出口端以及导流室3的入口端的部分露出，探头2的信号发射端正对支撑剂11露出的一面，使探头2发出的信号只能通过支撑剂11；压电式传感器4设置于导流室3的入口端并与支撑剂11露出的另一面正对，压电式传感器4与数据分析处理装置连接，用于接收振动信号并输送给数据分析处理装置，数据分析处理装置用于接收压电式传感器4的信号并利用该信号绘制出时域图；橡胶底座9设置于工作台6上，导流室3设置于橡胶底座9上。其中，数据分析处理装置包括数据分析仪7和电脑8，压电式传感器4与数据分析仪7连接，数据分析仪7与电脑8连接；数据分析仪7能够将压电式传感器4传来的振动信号接收并以excel形式一个时间点对应一个幅值记录下来；电脑8要求必须用matlab软件导入数据分析仪7记录的excel数据，必须用matlab软件的plot函数将导入的excel数据直接绘制出时间幅值图像，在得到的时间幅值图像的基础上再次调用plot函数，输入设置的信号发生仪1的幅值，即得到时域图。得到的时域图只有接收信号的波峰在1.031～1.125范围内，则得到的为标准时域图且证明支撑剂铺置均匀，否则为不标准时域图且支撑剂铺置的不均匀。

本发明的信号发生仪1能够发生0～5hz，幅值为0～10的正弦信号。导流室3能铺置的支撑剂填充厚度在0.25～1.27cm之间，导流室3的最大载荷能力不超过1000kn，工作温度不超过180℃。压电式传感器4的ic工作电压在12～24v之间，质量在25～30g，频率范围为0.5～5000hz，工作温度为-40～120℃，灵敏度在9.91～9.97mv/ms^-2之间。导流室3及上下活塞、金属板均需由高强度不锈钢材制作。

本发明的用于测试api导流室支撑剂铺置的测试方法，通过上述本发明的装置进行，测试方法的过程如下：

安装好导流室后，在导流室内铺入一圈有机硅薄膜10；在导流室3中铺设一圈有机硅薄膜10后，在有机硅薄膜10上铺置一层的支撑剂11，再用有机硅薄膜10对支撑剂11进行包裹，包裹时，支撑剂11朝向导流室3的出口端以及导流室3的入口端的部分露出；将探头2与导流室3的出口端使用橡皮泥粘结，再将压电式传感器4的接收端与导流室3的入口端使用橡皮泥粘接在一起，探头2与压电式传感器4粘结固定好后用橡胶锤轻轻敲击导流室3，如果探头2和传感器4没有震落则完成粘结，否则重新粘结。完成粘结后用数据5线把压电式传感器4的另一端与数据分析仪7的输入端相连，最后将数据分析仪7的输出端与电脑8相连，整个实验装置要求在工作台上进行，保证所有装置在同一水平面上；

接着利用信号发生仪1发射高频电脉冲信号，探头2将信号发生仪1发出的高频电脉冲转化为同等频率的振动信号并输入至导流室3内，振动信号在导流室3传递后由压电式传感器4接收并且输送给数据分析仪7；振动信号在导流室3传递过程中，有机硅薄膜10将传来的振动信号与导流室3隔绝，振动信号只通过支撑剂11；数据分析仪7能够将压电式传感器4传来的振动信号接收并以excel形式一个时间点对应一个幅值记录下来；电脑8要求必须用matlab软件导入数据分析仪7记录的excel数据，必须用matlab软件的plot函数将导入的excel数据直接绘制出时间幅值图像，在得到的时间幅值图像的基础上再次调用plot函数，输入设置的信号发生仪1的幅值，即得到时域图。得到的时域图只有接收信号的波峰在1.031～1.125范围内，则得到的为标准时域图且证明支撑剂铺置均匀，否则为不标准时域图且支撑剂铺置的不均匀。

当接收信号的波峰整体小于1.013或整体大于1.125，则检查压电式传感器4的信号接收端是否正对支撑剂层11。

开始实验打开仪器后，若数据分析仪1上未出现波形，则使用橡胶锤轻轻敲击导流室3，若数据分析仪1示出波形图，则证明信号发生仪1出现故障，检查信号发生仪1是否正常开机，若正常，则是探头2与信号发生仪1连接不良所致。若数据分析仪7上未出现波形，则证明数据分析仪7与压电式传感器4连接发生故障或传感器损坏，更换元器件继续实验。

若数据分析仪7所示出得时域图与信号发生仪1所发出的信号相差甚远，证明有多维未知分量，则应检查试验现场是否有其他振动源对实验仪器产生干扰。

实施例

本实施例的实施过程为：参考图1～图9，在水平的工作台6上安装导流室3，在导流室3中铺入一圈2mm厚有机硅薄膜10后，在有机硅薄膜10上铺置一厘米厚的支撑剂11，平抬导流室3将导流室3缓慢压入橡胶底座9卡死固定好。将探头2与导流室3的出口端使用橡皮泥粘结，再将压电式传感器4的信号接收端与导流室3的入口端用橡皮泥粘结在一起，用橡胶锤轻轻敲击导流室3观察探头2和压电式传感器4是否会掉落，没掉落证明粘结完成，否则重新粘结。粘结结束后再用数据线5把压电式传感器4的另一端与数据分析仪7的输入端相连，最后将数据分析仪7的输出端与电脑8相连。连接好仪器后先进行测试实验，打开信号发生仪1，将频率参数设置为0.2hz，幅值为1.3的正弦信号，打开数据分析仪7和电脑8，再用matlab软件调用plot函数，将导入的数据直接绘制成图，得到接收信号的波峰均在1.25～1.3之间，则证明实验仪器连接完好。

仪器连接好检查无误后正式实验，设置信号发生仪1，发生0.2hz幅值为1.3的正弦信号，使其将高频电脉冲输入至探头2，此时探头2将高频电脉冲转化为同等频率的振动信号输入至导流室3内，振动信号在导流室3传递后由压电式传感器4接收并且输送给数据分析仪7，数据分析仪7接收信号并以excel形式记录，振动结束记录完毕后，打开电脑的matlab软件导入数据分析仪记录的excel数据，调用plot函数，导入的数据直接绘制出时间幅值图像，再在得到的时间幅值图像的基础上再次调用plot函数，输入当前实验设置的信号发生仪1的幅值1.3，即得到所需时域图，见附图8。图8中60毫秒后有三处接收信号的波峰为1，低于标准范围1.031～1.125，因此得到的是不标准时域图可证明铺置的支撑剂为不均匀状态。重新实验重复以上步骤，结合图9，接收信号的波峰均在1.031～1.125范围间，因此得到的时域图为标准时域图证明支撑剂铺置均匀。