運用高速攝影及數(shù)字圖像技術(shù)的壓裂液攜砂性能測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了運用高速攝影及數(shù)字圖像技術(shù)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(tǒng)、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)、流量計、針閥、可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)、柔光箱、收液罐組成。本發(fā)明通過恒壓氣體驅(qū)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(tǒng)，通過高速攝像系統(tǒng)捕捉砂粒在裂縫中的運動軌跡，通過數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，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(fā)明原理可靠，操作簡便，不僅能準(zhǔn)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(zhǔn)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(shù)字圖像技術(shù)的壓裂液攜砂性能測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種運用高速攝影及數(shù)字圖像技術(shù)的壓裂液攜砂性能測試裝置。
【背景技術(shù)】
[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(biāo)僅僅能宏觀、間接地反映液體的懸浮能力，不能準(zhǔn)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(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種運用高速攝影及數(shù)字圖像技術(shù)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(zhǔn)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(zhǔn)確測試砂粒在模擬裂縫中的濃度分布。
[0004]為達到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。
[0005]本發(fā)明通過恒壓氣體驅(qū)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(tǒng)，通過高速攝像系統(tǒng)捕捉砂粒在裂縫中的運動軌跡，通過數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，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(jù)砂對光的吸收和散射作用表現(xiàn)出的水體顏色灰度不同，運用數(shù)字圖象技術(shù)，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(shù)字圖像技術(shù)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(tǒng)、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)、流量計、針閥、可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)、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(qū)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(tǒng)和收液罐，所述儲液罐和可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)之間的管路上有流量計和針閥；所述高速攝像系統(tǒng)以柔光箱為光源對可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)進行觀察和拍攝，所述高速攝像系統(tǒng)連接數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。
[0007]所述可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)，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(gòu)成的狹窄裂縫通道來模擬地層裂縫。
[0008]本發(fā)明分為兩個系統(tǒng):管路及裂縫模擬系統(tǒng)和高速攝像及數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。
[0009]管路及裂縫模擬系統(tǒng):采用容積為50L，設(shè)計壓力為IMPa儲罐作為測試液體儲存容器(罐內(nèi)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(diào)壓空壓機連通，由空壓機提供恒壓氣源驅(qū)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?？刂品椒?在溫度控制器上設(shè)定測試的目標(biāo)溫度，由溫度變送器探測罐內(nèi)測試液溫度，當(dāng)測試液溫度低于設(shè)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(shè)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(qū)動在管道內(nèi)流動，液體從儲液容器中流出后，進入內(nèi)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(shù)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(gòu)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(guī)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(shù)字圖像處理系統(tǒng):高速攝像系統(tǒng)采用美國Vision Research公司研發(fā)的Phantom產(chǎn)品系列，基于CMOS的傳感器的分辨率可調(diào)，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(jù)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(guī)律及懸砂分布的拍攝質(zhì)量。高速攝像系統(tǒng)捕捉砂粒在裂縫中的運動軌跡，通過數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，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(jù)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(shù)規(guī)律削弱，且懸砂濃度越大，削弱越厲害，表現(xiàn)為水體顏色灰度不同。由此，通過數(shù)字圖像處理系統(tǒng)運用數(shù)字圖象技術(shù)，得出相應(yīng)的灰度分布，然后根據(jù)標(biāo)定的懸砂濃度與灰度關(guān)系，便可得出懸砂濃度沿裂縫的分布。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明能準(zhǔn)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(shù)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(fā)明運用高速攝像機及數(shù)字圖像處理的技術(shù)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(zhǔn)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(zhǔn)確得出砂粒在模擬裂縫中的濃度分布，更加準(zhǔn)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(shù)字圖像技術(shù)的壓裂液攜砂性能測試裝置的結(jié)構(gòu)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(tǒng)，6數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，7流量計，8針閥，9可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)，10柔光箱，11收液罐。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。
[0016]參看圖1。
[0017]運用高速攝影及數(shù)字圖像技術(shù)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(tǒng)5、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)6、可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)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(tǒng)9和收液罐11，所述儲液罐和可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)之間的管路上有流量計7和針閥8 ；所述高速攝像系統(tǒng)5以柔光箱10為光源，對可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)9進行觀察和拍攝，所述高速攝像系統(tǒng)5連接數(shù)字圖像處理系統(tǒng)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(nèi)氣體的壓力驅(qū)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(tǒng)9。在可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)中通過高速攝像系統(tǒng)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(shù)字圖像處理系統(tǒng)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(quán)利要求】
1.運用高速攝影及數(shù)字圖像技術(shù)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(tǒng)(5)、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)(6)、可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)(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(tǒng)(9)和收液罐(11)，所述儲液罐和可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)之間的管路上有流量計(7)和針閥(8);所述高速攝像系統(tǒng)(5)以柔光箱(10)為光源，對可視模擬裂縫懸砂系統(tǒng)(9)進行觀察和拍攝，所述高速攝像系統(tǒng)(5)連接數(shù)字圖像處理系統(tǒng)(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的運用高速攝影及數(shù)字圖像技術(shù)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(tǒng)，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(gòu)成的狹窄裂縫通道來模擬地層裂縫。
3.如權(quán)利要求1所述的運用高速攝影及數(shù)字圖像技術(shù)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(qū)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】羅平亞, 鮑晉, 郭擁軍 申請人:西南石油大學(xué)