一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置及测定方法与流程

1.本发明属于油气田压裂技术领域，特别涉及一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置及测定方法。


背景技术：

2.我国陆地的油气资源经过半个多世纪的开采，许多油气井已开始老化甚至枯竭，对于油田的有效开采和增产变得越来越重要。除此之外，受近井地带污染影响、渗透率严重下降，地层压力低、油气层剩余能量不足等都造成油气井产量下降。因此，需要采取必要的手段对油气藏进行改造处理，以达到高效利用、增产的目的。经过数年的技术积累与发展，水力压裂逐渐成为油气井增产的主要措施，该项工艺主要由压裂设备、压裂液和支撑剂等组成，其中支撑剂性能好坏直接影响油井增产能力的高低。
3.水力压裂专用的石英砂制备及质量检测工艺在近年受到了广泛的关注。目前，目前对于支撑剂破碎率的检测主要以室内实验研究和理论计算模型为主。现有的理论计算方法，假设情况过于理想，都是假设支撑剂干样与湿样破碎率相同、且只在闭合压力下破碎，而在其他压裂施工过程中不产生新的破碎。实验室内进行支撑剂的破碎率检测，操作繁琐、实际生产过程中，从样品送检到出具检测报告耗时需要10天左右，严重制约现场压裂施工过程质量管控，而且，在按照石油行业标准进行支撑剂产品质量检测时，压裂支撑剂的潮湿度等因素对破碎率指标有影响的因素往往被忽视。实验室检测过程中，取样的支撑剂与现场施工中的支撑剂的潮湿度等因素大不相同，当实验检测数据处于边缘数据时，潮湿度影响因素对产品质量结果的判定起到关键作用，而现有室内实验不具备还原现场实际的作业环境。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置及测定方法，结构简单、操作简易、实时获取数据，能够在压裂现场直接评价支撑剂的真实破碎率，检测过程快速准确，从而满足现场支撑剂质量管控要求。
5.本发明的技术方案在于：一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，包括计量部和破碎部，所述计量部包括筛网、天平、显示终端，所述的筛网通过传送带与混砂车的取样口连接，所述天平位于所述筛网的下方，并与所述显示终端相连，所述破碎部包括支撑剂杯、液压组件，所述液压组件用于将所述支撑剂杯内的支撑剂进行破碎。
6.所述液压组件包括液压罐、千斤顶盖、活动柱塞，所述的液压罐通过液压管线与所述千斤顶盖连接，所述千斤顶盖与所述支撑剂杯上方端口固定连接，所述活动柱塞位于所述千斤顶盖内部。
7.所述千斤顶盖上部设有压力表，所述压力表与所述显示终端连接。
8.所述活动柱塞的外径与所述支撑剂杯的内径相同，所述活动柱塞的外径与所述千斤顶盖的内径相同。
9.所述千斤顶盖下端外壁设置有卡扣，所述卡扣卡在所述支撑剂杯上端外壁设置的卡台上。
10.所述筛网为带有超声波振子的两级筛网，所述天平设有重量传感器，所述重量传感器的测量精度≤0.01g。
11.一种压裂用支撑剂破碎率测定方法，使用如上所述的任意一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，包括以下步骤：s1：获取支撑剂样品，具体过程为，通过传送带将混砂车取样口处的支撑剂80g～120g传输到筛网，进行振筛分样，振动10~15min，留取筛网底筛内的支撑剂作为支撑剂样品；s2：使用天平量取步骤s1中得到支撑剂样品，量取质量为m
p
，m
p
≤5g，将所量取的支撑剂样品铺平在支撑剂杯底部；s3：启动液压组件，将支撑剂杯底部的支撑剂样品在设定压力下加压破碎，压力加载时间为1min，达到设定压力后保持2~3min； s4：卸载压力后，将破碎后的支撑剂杯底部的支撑剂样品倒入筛网，振筛5~7min，量取滤过筛网的破碎样品的质量m
pan
，并计算支撑剂样品的破碎率m
′
pan
，公式如下：(1)式中：m
′
pan
为支撑剂破碎率，用百分数表示；m
pan
为滤过筛网的破碎样品的质量，g；ms为支撑剂的质量，g。
12.所述步骤s2中，使用天平量取量取质量为m
p
的支撑剂样品，m
p
的具体数值为：m
p
=v0ρ
bulk
(2) 式中：ρ
bulk
为支撑剂样品的体积密度，g/cm3，v0为支撑剂杯的设定支撑剂样品体积。
13.所属步骤s3中，设定压力的计算与支撑剂杯的内径有关，其具体数值为：(3)式中：f
tc
为设定压力，n；σ为支撑剂样品承受的应力，mpa；d
cell
为支撑剂杯的内径，mm。
14.本发明的技术效果在于：1、本发明便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置结构简单、操作简易、能够实时获取现场支撑剂检测数据，在压裂现场直接评价支撑剂的真实破碎率，检测过程快速准确，从而满足现场支撑剂质量管控要求；2、本发明便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置可以实现撬装化，检测数据实时获得，相比室内实验检测，缩短了支撑剂的检测周期。3、本发明便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置可直接用于现场压裂作业过程中压裂支撑剂破碎率的检测，相比室内试验，所测破碎率充分考虑了现场使用的支撑剂的潮湿度等因素对破碎率指标的影响，检测结果更加准确。
15.以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
16.图1为本发明一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置结构图。
17.附图标记：1-计量部；2-破碎部；3-传送带；4-混砂车；11-筛网；12-天平；13-显示终端；21-支撑剂杯；22-液压罐；23-液压管线；24-压力表；25-千斤顶盖；26-活动柱塞；27-卡扣。
具体实施方式
18.实施例1本发明的技术方案在于：一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，包括计量部1和破碎部2，所述计量部1包括筛网11、天平12、显示终端13，所述的筛网11通过传送带3与混砂车4的取样口连接，所述天平12位于所述筛网11的下方，并与所述显示终端13相连，所述破碎部2包括支撑剂杯21、液压组件，所述液压组件用于将所述支撑剂杯21内的支撑剂进行破碎。
19.实际使用过程中，在压裂现场通过传送带3将混砂车4取样口处的支撑剂传输到筛网11，进行振筛分样，将所量取的支撑剂样品铺平在支撑剂杯21底部后启动液压组件，将支撑剂杯21底部的支撑剂样品在设定压力下加压破碎，然后将破碎后的支撑剂杯21底部的支撑剂样品倒入筛网11，振筛量取滤过筛网11的破碎样品的质量，从而计算支撑剂样品的破碎率，本发明便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置结构简单、操作简易、能够实时获取现场支撑剂检测数据，在压裂现场直接评价支撑剂的真实破碎率，检测过程快速准确，从而满足现场支撑剂质量管控要求。
20.实施例2优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，所述液压组件包括液压罐22、千斤顶盖25、活动柱塞26，所述的液压罐22通过液压管线23与所述千斤顶盖25连接，所述千斤顶盖25与所述支撑剂杯21上方端口固定连接，所述活动柱塞26位于所述千斤顶盖25内部。
21.实际使用过程中，打开液压罐22阀门，供压液体沿液压管线23进入千斤顶盖25，供压液体推动活动柱塞26向下运动，对支撑剂杯21底部的支撑剂样品施加设定压力。
22.实施例3优选的，在实施例1或2的基础上，本实施例中，所述千斤顶盖25上部设有压力表24，所述压力表24与所述显示终端13连接。
23.实际使用过程中，所述千斤顶盖25上部设有压力表24，所述压力表24与所述显示终端13连接，可以在加压过程中，实时显示压力数据，准确的控制加压过程。
24.实施例4优选的，在实施例1或3的基础上，本实施例中，所述活动柱塞26的外径与所述支撑剂杯21的内径相同，所述活动柱塞26的外径与所述千斤顶盖25的内径相同。
25.实际使用过程中，所述活动柱塞26的外径与所述支撑剂杯21的内径相同，所述活动柱塞26的外径与所述千斤顶盖25的内径相同，保证活动柱塞26平稳的对支撑剂杯21底部支撑剂进行加压。
26.实施例5优选的，在实施例1或4的基础上，本实施例中，所述千斤顶盖25下端外壁设置有卡扣27，所述卡扣27卡在所述支撑剂杯21上端外壁设置的卡台上。
27.实际使用过程中，所述千斤顶盖25下端外壁设置有卡扣27，所述卡扣27卡在所述
支撑剂杯21上端外壁设置的卡台上，保证加压过程中，千斤顶盖25下端与支撑剂杯21上端紧固连接，在加压过程中不发生意外打开。
28.实施例6优选的，在实施例1或5的基础上，本实施例中，所述筛网11为带有超声波振子的两级筛网，所述天平12设有重量传感器，所述重量传感器的测量精度≤0.01g。
29.实际使用过程中，所述筛网11为带有超声波振子的两级筛网，超声波振子筛网振筛效果好，所述天平12设有设有重量传感器，所述重量传感器的测量精度≤0.01g，可以提高检测精度，确保支撑剂破碎率计算结果准确。
30.实施例7一种压裂用支撑剂破碎率测定方法，包括以下步骤：s1：获取支撑剂样品，具体过程为，通过传送带3将混砂车4取样口处的支撑剂80g～120g传输到筛网11，进行振筛分样，振动10~15min，留取筛网11底筛内的支撑剂作为支撑剂样品；s2：使用天平12量取步骤s1中得到支撑剂样品，量取质量为m
p
，m
p
≤5g，将所量取的支撑剂样品铺平在支撑剂杯21底部；s3：启动液压组件，将支撑剂杯21底部的支撑剂样品在设定压力下加压破碎，压力加载时间为1min，达到设定压力后保持2~3min； s4：卸载压力后，将破碎后的支撑剂杯21底部的支撑剂样品倒入筛网11，振筛5~7min，量取滤过筛网11的破碎样品的质量m
pan
，并计算支撑剂样品的破碎率m
′
pan
，公式如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：m
′
pan
为支撑剂破碎率，用百分数表示；m
pan
为滤过筛网11的破碎样品的质量，g；ms为支撑剂的质量，g。
31.所述步骤s2中，使用天平12量取量取质量为m
p
的支撑剂样品，m
p
的具体数值为：m
p
=v0ρ
bulk
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2) 式中：ρ
bulk
为支撑剂样品的体积密度， g/cm3，v0为支撑剂杯21的设定支撑剂样品体积。
32.所属步骤s3中，设定压力的计算与支撑剂杯21的内径有关，其具体数值为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：f
tc
为设定压力，n；σ为支撑剂样品承受的应力，mpa；d
cell
为支撑剂杯21的内径，mm。
33.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，其特征在于：包括计量部（1）和破碎部（2），所述计量部（1）包括筛网（11）、天平（12）、显示终端（13），所述的筛网（11）通过传送带（3）与混砂车（4）的取样口连接，所述天平（12）位于所述筛网（11）的下方，并与所述显示终端（13）相连，所述破碎部（2）包括支撑剂杯（21）、液压组件，所述液压组件用于将所述支撑剂杯（21）内的支撑剂进行破碎。2.根据权利要求1所述一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，其特征在于：所述液压组件包括液压罐（22）、千斤顶盖（25）、活动柱塞（26），所述的液压罐（22）通过液压管线（23）与所述千斤顶盖（25）连接，所述千斤顶盖（25）与所述支撑剂杯（21）上方端口固定连接，所述活动柱塞（26）位于所述千斤顶盖（25）内部。3.根据权利要求2所述一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，其特征在于：所述千斤顶盖（25）上部设有压力表（24），所述压力表（24）与所述显示终端（13）连接。4.根据权利要求2所述一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，其特征在于：所述活动柱塞（26）的外径与所述支撑剂杯（21）的内径相同，所述活动柱塞（26）的外径与所述千斤顶盖（25）的内径相同。5.根据权利要求2所述一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，其特征在于：所述千斤顶盖（25）下端外壁设置有卡扣（27），所述卡扣（27）卡在所述支撑剂杯（21）上端外壁设置的卡台上。6.根据权利要求1所述一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，其特征在于：所述筛网（11）为带有超声波振子的两级筛网，所述天平（12）设有重量传感器，所述重量传感器的测量精度≤0.01g。7.一种压裂用支撑剂破碎率测定方法，使用权利要求1-6所述的任意一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，其特征在于：包括以下步骤：s1：获取支撑剂样品，具体过程为，通过传送带（3）将混砂车（4）取样口处的支撑剂80g～120g传输到筛网（11），进行振筛分样，振动10~15min，留取筛网（11）底筛内的支撑剂作为支撑剂样品；s2：使用天平（12）量取步骤s1中得到支撑剂样品，量取质量为m
p
，m
p
≤5g，将所量取的支撑剂样品铺平在支撑剂杯（21）底部；s3：启动液压组件，将支撑剂杯（21）底部的支撑剂样品在设定压力下加压破碎，压力加载时间为1min，达到设定压力后保持2~3min； s4：卸载压力后，将破碎后的支撑剂杯（21）底部的支撑剂样品倒入筛网（11），振筛5~7min，量取滤过筛网（11）的破碎样品的质量m
pan
，并计算支撑剂样品的破碎率m
′
pan
，公式如下：(1)式中：m
′
pan
为支撑剂破碎率，用百分数表示；m
pan
为滤过筛网（11）的破碎样品的质量，g；ms为支撑剂的质量，g。8.根据权利要求7中所述一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置的测定方法，其特征在于：所述步骤s2中，使用天平（12）量取量取质量为m
p
的支撑剂样品，m
p
的具体数值为：
m
p
=v0ρ
bulk
（2） 式中：ρ
bulk
为支撑剂样品的体积密度，g/cm3，v0为支撑剂杯（21）的设定支撑剂样品体积。9.根据权利要求7中所述一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置的测定方法，其特征在于：所属步骤s3中，设定压力的计算与支撑剂杯（21）的内径有关，其具体数值为：(3)式中：f
tc
为设定压力，n；σ为支撑剂样品承受的应力，mpa；d
cell
为支撑剂杯（21）的内径，mm。

技术总结
本发明属于油气田压裂技术领域，特别涉及一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置及测定方法。一种便携式压裂用支撑剂破碎率检测装置，包括：包括计量部和破碎部，所述计量部包括筛网、天平、显示终端，所述的筛网通过传送带与混砂车的取样口连接，所述天平位于所述筛网的下方，并与所述显示终端相连，所述破碎部包括支撑剂杯、液压组件，所述液压组件用于将所述支撑剂杯内的支撑剂进行破碎。本发明结构简单、操作简易、实时获取数据，能够在压裂现场直接评价支撑剂的真实破碎率，检测过程快速准确，从而满足现场支撑剂质量管控要求。从而满足现场支撑剂质量管控要求。从而满足现场支撑剂质量管控要求。


技术研发人员：田发国 张矿生 李宪文 艾信 张燕明 陆梅 李楼楼 吕海燕 董立全 尹晓宏
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2023/8/24