压裂施工中科氏力密度计的应用技术研究.pdf

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1、石油和化工设备-12-论文广场2016年第19卷压裂施工中科氏力密度计的应用技术研究尹进（中石化石油工程机械有限公司第四机械厂，湖北荆州434024）[摘要]在压裂施工过程中，混合液的密度直接决定着压裂改造的效果。目前主要通过放射性密度计实时监测压裂液的密度，存在着放射源审批程序复杂、安全隐患及管理成本高等缺点。科氏力密度计基于科氏力原理可实时在线监测密度，已在火电厂测量石灰石浆工况中得到广泛应用。本文分析了科氏力密度计的监测原理，通过模拟试验及现场试验验证了其在混砂设备上监测压裂液密度的可行性。[关键词]压裂；

2、混砂；放射源；科氏力密度计；应用研究压裂改造通过混砂设备以一定排量和压力提变送器。传感器主要由流量管、驱动线圈探测器供压裂液，由高压泵送至储层，以达到增产、求和测量温度的热敏电阻组成。流量管以固有频率[1-3]产的目的，对压裂液的密度有严格要求。因此振动，变送器向装配在流量管上的驱动线圈提供在施工中，混砂设备需要对压裂液的密度进行实一交替变化的电流，与装在另一流量管上的磁铁时监测并可以反馈控制。目前普遍采用的是铯-137吸引和排斥，使得流量管以正弦波的方式上下振放射性元素密度计，如图1所示。因我国对放射源动。当流

3、量通过以固有频率振动的传感器的流量实施严格管理，因此在前期采购过程中，需要用管时，就产生了科氏力，科氏力使得流量管的进户到相关部门办理复杂的审批手续，在后期使用口和出口以相反的方向变形，变形的大小由安装[4]及管理过程中，还存在安全操作隐患。在流量管的进口和出口的探测器进行检测。流量管以固有的频率在相反的方向振动，当流体的密度变化时，将引起流体的质量流速也发生变化，探测器输出的电压信号频率随之发生变放射性密度计化，通过测量探测器的信号频率就可以得知流量管的密度，公式如下：2ρ=k1(1/f1)-k2式中：ρ为流体

4、的密度，g/ml；f1为流量管的频率，Hz；k1，k2为标定常数。图1中子源放射线密度计科里奥利力(Coriolisforce)密度计简称科氏力密度计，也称为质量密度计，是一种常用的非放[5-6]射性密度测量仪表，已得到广泛的工业应用，1-传感器；2-检测管；3-保护管；4-驱动器如在火电厂用于测量石灰石浆的密度。能否应用图2科氏力密度计结构原理图该方式监测石油压裂液的密度，以及应用中如3何安装、如何设置测量管路，本文将通过理论分目前国内压裂施工最大排量为16m/min，混析、模拟实验及现场试验验证其可行性。作者

5、简介：尹进（1982—），男，山东威海人，中国石油大学1应用分析（华东）机械设计制造及其自动化专业毕业，学士，工程师。在科氏力密度计主要包括两大部分：传感器和中石化石油工程机械有限公司第四机械厂从事压裂、混砂设备的研发工作。第4期尹进压裂施工中科氏力密度计的应用技术研究-13-砂设备主管道最大尺寸为10英寸，管道最大压力蓝色线为密度秤实际测量值，红色线为小排量时3为0.7MPa，压裂液最大密度2400kg/m。由于混砂密度计，绿色线为大排量时密度计监测值。可以设备主管道排量大，根据科氏力密度计的使用条得知，小排量

6、时，采集的数据与静态取样的样件以及考虑成本等因素，采用设置旁通管路安装品数据基本一致；但在大排量时，数据存在比例密度计的方式，如图3所示。上的失真。主要原因是在大排量施工时，由于进液及搅拌速度的加快，此过程中带入大量气体，造成密度值整体偏小；而取样的液体中气体已不存在，测量值仍与原值接近，从模拟试验可以看出，采用旁通管路取样监测密度的方式可以较为准确地采集到主管路混合液的密度。3工业试验介质模拟试验验证了混砂设备采用旁通管路测量密度方式的可行性。但由于压裂携砂液与模图3科氏力密度计安装流程简图拟试验用KCl介质存

7、在着本质上的区别：携砂液为固液混合体，KCl混合液为溶液。因此需要进行工2介质模拟试验业试验以进一步验证科氏力密度计监测压裂液密度的应用可行性。科氏力密度计按照图3的安装方式安装于配置有放射源密度计的混砂设备上，基液介质涉及减阻水、胶液等多种压裂液体系，密度监测试验与现场施工同步进行，监测数据与放射性实测数据形成对标，采集数据对比曲线如图5所示（粉色为放射性曲线，绿色为科氏力密度计曲线）。根据试验看出，科氏力密度计与放射性密度计数据变化趋势一致，误差小于5%，采用旁通管路垂直安装测量压裂液密度方案可行。试验所用的

8、科氏力密度计，使用单直测量管进行测量，无任何阻图4模拟试验对比曲线流件或分流装置；选用抗磨性优异的钛做为测量由于受模拟试验条件限制，考虑到试验场地管材质，有着低压损、高通过量、高抗磨损的优内压裂液的排放及处理问题，采用GB6549-2011点，适合携砂压裂液要求管道耐磨损的特性。《氯化钾》I类工业用KCl配比模拟携砂压裂液的密度，试验过程如下：(1)按图3连接混砂设备及科