專利名稱：：微量流動中的流速測量儀及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及石油提高采收率微觀流動實驗中流量計量
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種微量流動中的流速測量儀及測量方法。
背景技術(shù)：
：隨著油田開發(fā)規(guī)模擴大和研究加深，提高采收率技術(shù)研究愈來愈受到石油工作者的重視。在提高采收率技術(shù)研究中，物理模型驅(qū)替實驗是評價化學(xué)驅(qū)油劑性能最重要技術(shù)手段。其中在宏觀或微觀物理模型上取得的模擬實驗結(jié)果(如壓力、采收率數(shù)據(jù)等)，更是決定化學(xué)驅(qū)礦場實施方案的重要依據(jù)。由于微觀物理模型能清楚、直觀地觀察到流體的流動特征并分析出剩余油分布而倍受青睞。然而，由于微觀物理模型的孔隙體積較小(數(shù)量級為10—5L)，孔道直徑為微米級，驅(qū)替速度較慢，難以準確計量微觀物理模型內(nèi)的液體流速；另外，運用微觀物理模型進行試驗時，微觀物理模型的連接管線、接頭和閥門等部件內(nèi)的沿程水頭損失，對微觀物理模型內(nèi)的滲流速度造成較大影響。因此，化學(xué)劑在微觀孔隙介質(zhì)中的滲流速度難以準確測量，影響模擬實驗結(jié)果。目前，利用微觀物理模型進行微流速的計量手段是稱重法稱重法是在常壓條件下，使用千分之一感量電子天平測量模型的質(zhì)量變化，通過計量時間計算流速的平均值。此種方法要求流速不能過低0.lml/min，且只能測量滲流流速的平均值，不能測量出瞬時流速。另外，在試驗過程中水、油或化學(xué)劑蒸發(fā)損失，水、油或化學(xué)劑低流速的問題導(dǎo)致很難測得水、油或化學(xué)劑流速的準確數(shù)值。因此，利用微觀物理模型進行提高采收率的微觀驅(qū)替實驗的滲流速度定量計量問題，還沒有得到很好地解決。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種微量流動中的流速測量儀及測量方法，利用微米測速管(內(nèi)徑為10陶-lOOWn)定量測量微觀模型中流體的滲流速度。不僅能對微觀模型內(nèi)的滲流瞬時速度進行定量化，而且能實現(xiàn)高壓條件下對滲流速度進行測量，提高微觀模型驅(qū)替實驗的計量精度?？朔壳拔⒘魉俚挠嬃恐荒軠y量水、油或化學(xué)劑流速的平均值，不能測量出水、油或化學(xué)劑瞬時流速和很難測得水、油或化學(xué)劑流速的準確數(shù)值的不足。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是微量流動中的流速測量儀，包括入口管線、三通、加段塞管線、出口管線、固定板、微米測速管、標尺和彎管，其特征是在固定板上水平固定至少有三段微米測速管，第一段微米測速管的一端連接入口管線。在第一段微米測速管的另一端連接三通，三通的垂直端連接有加段塞管線。三通的另一端水平連接有第二段微米測速管。沿第二段微米測速管并在第二段微米測速管旁固定有標尺，標尺上有長度刻度。在第二段微米測速管的另一端連接有彎管，彎管的另一端連接有下一段微米測速管。在最后一段微米測速管的端部連接有出口管線。所述的微米測速管的內(nèi)徑在10to100陶之間。微米測速管的長度在100120mm之間。微米測速管采用石英玻璃材料制成。加段塞管線是一段連接管線，測試試驗前連接補充閥，其功能是能通過為加段塞管線向測試流體內(nèi)注入段塞。所述的固定在固定板上的微米測速管為五段，固定在固定板上的標尺為兩個。標尺的最小刻度單位是毫米。在加段塞管線上還可以連接有補充閥，補充閥包括手柄、壓帽、端蓋、頂絲桿、活塞、閥筒和后蓋，闊筒為圓筒狀，兩端有螺紋，閥筒內(nèi)有一個活塞，在閥筒的一端螺紋固定有端蓋，在端蓋的中心孔螺紋上固定有圓柱形壓帽，壓帽的中心孔有螺紋，外壁有螺紋的頂絲桿通過螺紋與壓帽連接，頂絲桿穿過壓帽中心孔，頂絲桿一端在閥筒內(nèi)，頂絲桿端部與活塞端部連接，頂絲桿旋轉(zhuǎn)時能使活塞在閥筒內(nèi)往復(fù)運動，頂絲桿的另一端在壓帽的外端，在頂絲桿的端部固定有旋轉(zhuǎn)手柄，在閥筒的另一端螺紋固定有后蓋，在后蓋上有出液孔，閥筒為鋼制筒狀體，閥筒與活塞之間有密封圈，微螺距頂絲桿的螺距在0.150.25mm之間，使微量補充流體的精度達到頂絲桿每轉(zhuǎn)30°出液孔流出的流體量為0.005mL。微量流動中的流速測量方法A、連接微量流動中的流速測量儀(1)先將補充閥內(nèi)吸入一定量氣體，然后連接到微量流動中的流速測量儀的加段塞管線上；(2)在微量流動中的流速測量儀的入口管線上，通過連接管線連接實驗?zāi)Ｐ?，實驗?zāi)Ｐ偷牧硪欢诉B接驅(qū)替系統(tǒng)。本領(lǐng)域的驅(qū)替實驗的技術(shù)人員熟知連接管線、實驗?zāi)Ｐ秃万?qū)替系統(tǒng)并能完成連接。(3)在微量流動中的流速測量儀的出口管線上連接回壓閥，在回壓閥的下部放一個集液容器?；貕洪y是一種能設(shè)定出口壓力的機械裝置，也稱壓力調(diào)節(jié)閥。當管線內(nèi)壓力低于設(shè)定值時，出口端不出液，壓力大于或等于設(shè)定值時，出口端出液，并能使整個系統(tǒng)內(nèi)保持實驗所需的壓力。B、驅(qū)入液體開動驅(qū)替系統(tǒng)，利用驅(qū)替系統(tǒng)驅(qū)替實驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)的水、油或化學(xué)劑，壓力在0-20Mpa之間；實驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)的水、油或化學(xué)劑通過連接管線進入微量流動中的流速測量儀的微米測速管，實驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)的水、油或化學(xué)劑以穩(wěn)定流速進入微米測速管并流到集液容器。C、注入一個氣體段塞當流入集液容器出液流速穩(wěn)定時，旋轉(zhuǎn)補充閥，注入一個氣體段塞。段塞是氣泡，易于觀察液體流動速度。D、觀察段塞在氣體段塞前緣進入微米測速管并與標尺的零刻度線位置開始計時，到某一刻度停止再計時，記下段塞所走路程長度(s)，以及所用時間(T);E、計算結(jié)果利用公式1和公式2計算出實驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)的水、油或化學(xué)劑的滲流速度V和流量Q。所述的公式l是7=7，附"所述的公式2是2=，附3乂"在公式1和公式2中段塞通過的距離為S，單位是m;段塞通過該距離所用時間為T，單位是秒；計算結(jié)果速度V的單位是m/s(每秒米)。微米測速管內(nèi)徑為D，單位是m;計算出流速V，單位是m/s;計算出流量為Q，單位是m7s。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明微量流動中的流速測量儀及測量方法，能定量測量微觀模型中流體的滲流速度。不僅能對微觀模型內(nèi)的滲流瞬時速度迸行定量化，而且實現(xiàn)了在高壓條件下對滲流速度進行測量，提高微觀模型驅(qū)替實驗的計量精度。與現(xiàn)有的方法比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1.準確地測量不同階段的滲流的瞬時速度；2.實現(xiàn)可視化測量；3.提高低流速測量的準確性；4.簡化了實驗程序；5.縮短了測量的時間間隔，重復(fù)性強。6.用"微觀測量法"能替代現(xiàn)有的"稱重量法"。圖1是本發(fā)明微量流動中的流速測量儀結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是利用微量流動中的流速測量儀進行定量測量微觀模型中流體的滲流速度的工作原理圖圖3是本發(fā)明方法和稱重法的測量結(jié)果，兩種方法計算數(shù)值對比圖。圖4是補充閥9的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，l.入口管線，2.三通，3.加段塞管線，4.出口管線，5.固定板，6.微米測速管，7.標尺，8.彎管，9.補充閥，10.回壓閥，11.集液容器，12.微量流動中的流速測量儀，13.連接管線，14.試驗?zāi)Ｐ停?5.驅(qū)替系統(tǒng)，16.手柄，17.壓帽，18.端蓋，19.頂絲桿，20.活塞，21.閥筒，22.后蓋，23.出液孔，24.密封圈。具體實施例方式實施例l:以一個微量流動中的流速測量儀為例，并對利用該儀器進行測量的方法，作進一步詳細說明。參閱圖l。本發(fā)明微量流動中的流速測量儀，包括入口管線l、三通2、加段塞管線3、出口管線4、固定板5、微米測速管6、標尺7和彎管8，固定板5的長度30mm，寬度20mm。在固定板5上水平固定至少有五段微米測速管6。五段微米測速管6的長度分別是100mm，內(nèi)徑是O.lmm，厚度是0.3mm。微米測速管6采用石英玻璃材料制成。第一段微米測速管6的一端連接入口管線1。在第一段微米測速管6的另一端連接三通2，三通2的垂直端連接有加段塞管線3。三通2的另一端水平連接有第二段微米測速管6。沿第二段微米測速管6并在第二段微米測速管6旁固定有標尺7，標尺上有長度刻度，精度為l個毫米。在第二段微米測速管6的另一端連接有彎管8，彎管8的另一端連接有第三段微米測速管6。第三段微米測速管6的后邊連接有一個彎管8、第四段微米測速管6、一個彎管8和第五段微米測速管6。在第五段微米測速管6的端部連接有出口管線4。在第四段微米測速管6的下部平行固定有第二個標尺7。入口管線l、加段塞管線3和出口管線4的內(nèi)徑是O.lmm。連接處保證密封。補充閥9包括手柄16、壓帽17、端蓋18、頂絲桿19、活塞20、閥筒21、后蓋22和密封圈24。閥筒21為圓筒狀，內(nèi)徑20mm，長度60mm，壁厚25mm。閥筒21內(nèi)有一個活塞20?；钊?0為圓柱形，在活塞20的外壁上有兩道環(huán)形凹槽，在凹槽內(nèi)分別有一個密封圈24。閥筒21兩端有螺紋，在閥筒21的一端螺紋固定有端蓋18，在端蓋18的中心孔螺紋上固定有一個圓柱形壓帽17，壓帽17的中心孔有螺紋。外壁有螺紋的頂絲桿19通過螺紋與壓帽17連接，頂絲桿19穿過壓帽17中心孔。頂絲桿19一端在閥筒21內(nèi)，頂絲桿19端部與活塞20端部連接。頂絲桿19旋轉(zhuǎn)時能使活塞20在閥筒21內(nèi)往復(fù)運動。頂絲桿19的另一端在壓帽17的外端，在頂絲桿19的端部固定有一個圓形旋轉(zhuǎn)手柄16。在閥筒21的另一端螺紋固定有后蓋22，在后蓋22上有出液孔23。閥筒21與活塞20之間有密封圈24。微螺距頂絲桿19的螺距為0.2mm，閥筒21直徑為20毫米。微量補充流體的精度達到頂絲桿19每旋轉(zhuǎn)30°出液孔23流出的流體量為0.005mL。微量流動中的流速測量的過程參閱圖2。A、連接微量流動中的流速測量儀12:(1)先將補充闊吸入一定量氣體后連接到微量流動中的流速測量儀12的加段塞管線3上；(2)在微量流動中的流速測量儀12的入口管線1上，通過連接管線13連接實驗?zāi)Ｐ?4，實驗?zāi)Ｐ?4的另一端連接驅(qū)替系統(tǒng)15。(3)在微量流動中的流速測量儀的出口管線4上連接回壓閥10，在回壓閥IO的下部放一個集液容器ll。B、驅(qū)入液體開動驅(qū)替系統(tǒng)15，利用驅(qū)替系統(tǒng)15驅(qū)替實驗?zāi)Ｐ?4內(nèi)的水、油或化學(xué)劑；實驗?zāi)Ｐ?4內(nèi)的水、油或化學(xué)劑通過連接管線13進入微量流動中的流速測量儀的微米測速管6，實驗?zāi)Ｐ?4內(nèi)的水、油或化學(xué)劑以穩(wěn)定流速進入微米測速管6并流到集液容器11。C、注入一個氣體段塞當流入集液容器11出液流速穩(wěn)定時，旋轉(zhuǎn)補充閥9，注入一個氣體段塞；D、觀察段塞在氣體段塞前緣進入微米測速管6并與標尺7的零刻度線位置開始計時，到某一刻度停止再計時。記下段塞所走路程長度S是0.052m，以及所用時間T為2.ls;E、計算結(jié)果利用公式1和公式2計算出實驗?zāi)Ｐ?4內(nèi)的液體的滲流速度V和流量Q。將段塞所走路程長度S、所用時間T帶入公式1。計算結(jié)果的單位是m/s(每秒米)。r2.1將V、D、和s帶入公式2。計算結(jié)果的單位是m7s(每秒立方米)"、2,所述的公式2是。=^ry,m3〃卩0.00012=0.025"21.96x10—10wV^通過8次測試并計算，所得的數(shù)據(jù)列表如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>通過8次測試并計算，所得的數(shù)據(jù)繪制成坐標圖(圖3)，與稱重法所獲得的計算數(shù)據(jù)繪制到一張坐標圖上對比。從圖3中可以看出，稱重法(方法l)的測量結(jié)果波動較大，流速測量法(方法2)的測量曲線變化幅度較平緩。且在相同的時間段，流速測量法的測量密度較大，這是稱重法無法實現(xiàn)的。稱重法的測量結(jié)果波動幅度大的主要原因在于承重過程中引起的誤差以及天平中液體的蒸發(fā)所致。而流速測量法的準確性在于對微管內(nèi)液體段塞速度的精確測量。權(quán)利要求1、一種微量流動中的流速測量儀，包括入口管線(1)、三通(2)、加段塞管線(3)、出口管線(4)、固定板(5)、微米測速管(6)、標尺(7)和彎管(8)，其特征是在固定板(5)上水平固定至少有三段微米測速管(6)，第一段微米測速管(6)的一端連接入口管線(1)，在第一段微米測速管(6)的另一端連接三通(2)，三通(2)的垂直端連接有加段塞管線(3)，三通(2)的另一端水平連接有第二段微米測速管(6)，沿第二段微米測速管(6)并在第二段微米測速管(6)旁固定有標尺(7)，標尺上有長度刻度，在第二段微米測速管(6)的另一端連接有彎管(8)，彎管(8)的另一端連接有下一段微米測速管(6)，在最后一段微米測速管(6)的端部連接有出口管線(4)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的微量流動中的流速測量儀，其特征是所述的微米測速管(6)的內(nèi)徑在10他-100Wn之間，微米測速管(6)的長度在100200mm之間，微米測速管(6)采用石英玻璃材料制成。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的微量流動中的流速測量儀，其特征是-所述的固定在固定板(5)上的微米測速管(6)為五段，固定在固定板(5)上的標尺(7)為兩個。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的微量流動中的流速測量儀，其特征是在加段塞管線(3)上連接有補充閥(9)，補充閥包括手柄(16)、壓帽(17)、端蓋(18)、頂絲桿(19)、活塞(20)、閥筒(21)和后蓋(22)，閥筒(21)為圓筒狀，兩端有螺紋，閥筒(21)內(nèi)有一個活塞(20)，在閥筒(21)的一端螺紋固定有端蓋(18)，在端蓋(18)的中心孔螺紋上固定有圓柱形壓帽(17)，壓帽(17)的中心孔有螺紋，外壁有螺紋的頂絲桿(19)通過螺紋與壓帽(17)連接，頂絲桿(19)穿過壓帽(17)中心孔，頂絲桿(19)一端在閥筒(21)內(nèi)，頂絲桿(19)端部與活塞(20)端部連接，頂絲桿(19)旋轉(zhuǎn)時能使活塞(20)在閥筒(21)內(nèi)往復(fù)運動，頂絲桿(19)的另一端在壓帽(17)的外端，在頂絲桿(19)的端部固定有旋轉(zhuǎn)手柄(16)，在閥筒(21)的另一端螺紋固定有后蓋(22)，在后蓋(22)上有出液孔(23)，閥筒(21)為鋼制筒狀體，閥筒(21)與活塞(20)之間有密封圈(24)，微螺距頂絲桿(19)的螺距在0.150.25mm之間。5、一種微量流動中的流速測量方法其特征是A、連接微量流動中的流速測量儀(1)先將補充閥(9)吸入一定量氣體后連接到權(quán)利要求1、2、3或4所述的微量流動中的流速測量儀的加段塞管線(3)上；(2)在微量流動中的流速測量儀的入口管線(l)上，通過連接管線(13)連接實驗?zāi)Ｐ?14)，實驗?zāi)Ｐ?14)的另一端連接驅(qū)替系統(tǒng)(15);(3)在微量流動中的流速測量儀的出口管線(4)上連接回壓閥(10)，在回壓閥(10)的下部放一個集液容器(11);B、驅(qū)入液體開動驅(qū)替系統(tǒng)(15)，利用驅(qū)替系統(tǒng)(15)驅(qū)替實驗?zāi)Ｐ?14)內(nèi)的水、油或化學(xué)劑；實驗?zāi)Ｐ?14)內(nèi)的水、油或化學(xué)劑通過連接管線(13)進入微量流動中的流速測量儀的微米測速管(6)，實驗?zāi)Ｐ?14)內(nèi)的水、油或化學(xué)劑以穩(wěn)定流速進入微米測速管(6)并流到集液容器(ll);C、注入一個氣體段塞當流入集液容器(ll)出液流速穩(wěn)定時，旋轉(zhuǎn)補充閥(9)，注入一個氣體段塞；D、觀察段塞在氣體段塞前緣進入微米測速管(6)并與標尺(7)的零刻度線位置開始計時，到某一刻度停止計再時，記下段塞所走路程長度(S)，以及所用時間(T);E、計算結(jié)果利用公式1和公式2計算出實驗?zāi)Ｐ?14)內(nèi)的水、油或化學(xué)劑的滲流速度V和流量Q，所述的公式l是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>所述的公式2是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>在公式1和公式2中段塞通過的距離為S，單位是m;段塞通過該距離所用時間為T，單位是秒；計算出流速V，單位是m/s;微米測速管6內(nèi)徑為D，單位是m;計算出流量為Q，單位是m7s。全文摘要微量流動中的流速測量儀，應(yīng)用于石油采收率微觀流動實驗。特征是在固定板上水平固定至少有三段微米測速管，第一段微米測速管的一端連接入口管線。在第一段微米測速管的另一端連接三通，三通的垂直端連接有加段塞管線。三通的另一端水平連接有第二段微米測速管。沿第二段微米測速管并在第二段微米測速管旁固定有標尺。在第二段微米測速管的另一端連接有彎管和微米測速管。在最后一段微米測速管的端部連接出口管線。效果是能定量測量微觀模型中流體的滲流速度。不僅能對微觀模型內(nèi)的滲流瞬時速度進行定量化，而且實現(xiàn)了在高壓條件下對滲流速度進行測量，提高微觀模型驅(qū)替實驗的計量精度。文檔編號G01F1/00GK101603971SQ20091008905公開日2009年12月16日申請日期2009年7月22日優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日發(fā)明者可張,秦積舜,陳興隆申請人:中國石油天然氣股份有限公司