李春兰 鲍 辰

中国石油大学(北京)石油工程学院 北京 102249

现代教育技术与装备

新型裂缝导流能力测定仪的研制

李春兰 鲍 辰

中国石油大学(北京)石油工程学院 北京 102249

裂缝导流能力测定实验是石油工程主干专业课采油工程的必修实验内容。原实验仪器过于庞大，占用空间大，且操作不便，安全性差。针对教学实验的特点，对仪器进行了全面改进，改进后的仪器结构紧凑，占用空间小，操作方便，教学效果良好。

裂缝导流能力；采油工程；实验仪器；研制

裂缝导流能力是油层压裂效果评价的重要技术指标，裂缝导流能力测定实验是石油工程专业本科生主干专业课采油工程的必做实验内容。目前石油高校使用的裂缝导流能力实验仪存在以下5个缺点。(1)仪器体积庞大，一台仪器占用面积超过2.0 m2。(2)笨重，仪器重量超过300 kg。(3)操作费力，导流室是主要活动部件，做实验时需要频繁拆装、填砂。原仪器的导流室重约15 kg，搬动、拆装非常困难。(4)闭合压力的加载操作复杂、不安全。原仪器闭合压力的加载方式是采用油压机，加压时需要进油阀和泄油阀同时开启，且进、出油量达到完全平衡方能使压力值控制在稳定数值，加压控制比较困难。一旦操作中出现失误，很容易出现压力快速上升、损坏压力表的现象，甚至危及人身安全。(5)仪器结构不紧凑。供气源采用氮气瓶供气，流程较长，占用空间大。

基于原裂缝导流能力测定实验仪存在的问题，笔者进行了全面改进，研制出一台结构紧凑、占用空间小、操作安全方便的新型裂缝导流能力测定仪。新研制的裂缝导流能力测定仪总重量不超过50 kg，占用面积不超过0.5 m2，导流室重量不超过4 kg。操作方便、安全，仪器功能完全能够满足实验教学需要。

1 裂缝导流能力测量原理及实验流程

所谓裂缝导流能力就是测定人工压开的裂缝充填支撑剂以后，允许流体通过的能力，实验流程如图1所示。其主要部件为导流室(如图2所示)。

图1 实验流程图

图2 导流室

导流室中充填支撑剂，支撑剂上方加压，模拟地层的闭合压力，气体通过导流室，测定入口和出口两端的压差和气体流量，即可计算不同闭合压力下裂缝的导流能力。计算公式为：

式中：kWf–裂缝导流能力；μ–通过裂缝的气体黏度；Q–通过裂缝的气体流量；L–导流室两测压点间的距离；W – 支撑剂厚度(缝宽)；∆p–导流室进出口压差。

2 仪器设计及改进

2.1 导流室的改进

导流室是实验操作的重要部件，实验过程中需

要从流程中拆下，起出活塞，在导流槽中填入支撑剂。原仪器的导流室尺寸为24 cm×10 cm×8 cm，重量约为15 kg。拆装、搬动非常困难。为便于操作，在保持结构不变的前提下，缩小尺寸，新设计的导流室尺寸为15 cm×5 cm×5 cm，改进后的导流室重量只有4 kg，学生可以很容易地进行拆装和填砂操作。尺寸缩小后，功能不变。

2.2 闭合压力加载方式的改进

原导流能力实验仪的闭合压力加载方式是由油压机完成的，油压机设备庞大，控制困难，操作不当就会出现压力快速升高的现象。新型导流仪将闭合压力加载方式改成活塞式水力控制。轻轻转动活塞增压手柄，就可以很轻松的加载，操作轻便、安全，而且占用空间大大减小。改进前后的加载设备如图3所示。

图3 闭合压力加载设备

2.3 供气源的改进

气源可以用氮气也可以用空气。原仪器供气是采用氮气瓶，体积较大，不仅增加了设备占用面积，也增加了氮气购买成本。由于实验过程中所需的供气压力不高，将气源由氮气瓶改成压力容器供气，压力容器体积为氮气瓶的1/5，最大承压20 MPa，容气量完全可以满足实验的需要。由于容器体积小，可以直接固定在仪器台上，不再额外占用空间，设备非常紧凑。利用一台增压泵可为多台仪器充气，节省了成本。

2.4 气体流量计的改进

原仪器的气体流量计为浮子流量计。浮子流量计的缺点是，流量一旦超过量程，浮子很容易卡在流量管的顶端，影响流量计正常使用。新研制的仪器改成了皂膜流量计，一方面皂膜流量计精度比浮子流量计高；另一方面，皂膜流量计耐用，不会出现因超量程引起损坏的问题，特别适合教学使用。改进前后的仪器对比图如图4所示。

图4 改进前后仪器对比图

3 仪器改进后教学效果

改进后的仪器已用于实验教学，达到了预想的教学效果。(1)仪器的操控性增强。以前只有男生才能够操作的导流室的拆装，现在每个学生都可以轻松自如地进行操作。(2)仪器的安全性增强。加载闭合压力时，完全避免了升压过快、过高的问题，消除了安全隐患。(3)每组人数减少。由于原设备过于庞大，笨重，根据空间大小，实验室只能购置两台，且只能放置在一层。改进后的仪器结构紧凑，且移动方便，目前设计加工了5台。每组人数由原来的6人/台降至2人/台，大大改善了教学效果。

4 结束语

新型裂缝导流能力测定仪占用空间大幅度减小，占用面积由2.0 m2降为0.5 m2，重量由300 kg降为50 kg，仪器操作更加轻便、省力，实验更加安全、可靠。新型裂缝导流能力测定仪已使用400余人次。教学效果良好。

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Development of a New Type of Fracture Flow Conductivity Tester

Li Chunlan, Bao Chen
College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Beijing, 102249, China

Fracture flow conductivity test is essential content of oil production engineering which is major undergraduate course in petroleum engineering. The original experimental instrument is too large, large space occupation, inconvenient operation and poor safety. According to the characteristics of the teaching experiment, the author has made a comprehensive improvement to the instrument, which has the advantages of compact structure, small occupied space, convenient operation and good teaching effect.

fracture flow conductivity; oil production engineering; experimental instrument; development

2016-05-11

李春兰，博士，高级工程师。