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原文传递一种基于超声波的压裂返排液含砂量测量方法

专利名称：	一种基于超声波的压裂返排液含砂量测量方法
摘要：	本发明提供一种基于超声波的压裂返排液含砂量测量方法，包括使小部分待测压裂返排液流过测量管道；FPGA控制芯片产生脉冲信号驱动安装于管道之上的超声波发射换能器发射超声波信号，可得到对应的超声波初始幅值；同样安装在管道之上的超声波接收换能器接收超声波信号，得到对应的超声波衰减后的幅值，同时可以得到传播时间进而获得声速；使获取到的超声波信号通过超声波信号调理模块消除噪声信号。实现对超声波在压裂返排液中的粘滞衰减系数和散射衰减系数的测量，便捷实时地确定压裂返排液含砂量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南石油大学
发明人：	梁海波;李国庆;李忠兵;邹佳玲
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-17T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202310870591.7
公开号：	CN117074260A
代理机构：	北京众合诚成知识产权代理有限公司
代理人：	刘妮
分类号：	G01N15/06;G;G01;G01N;G01N15;G01N15/06
申请人地址：	610500 四川省成都市新都大道8号西南石油大学
主权项：	1.一种基于超声波的压裂返排液含砂量测量方法，其特征在于,包括如下步骤：步骤1.使小部分待测压裂返排液流过测量管道；步骤2.FPGA控制芯片产生脉冲信号驱动安装于管道之上的超声波发射换能器发射超声波信号，得到对应的超声波初始幅值；步骤3.同样安装在管道之上的超声波接收换能器接收超声波信号，得到对应的超声波衰减后的幅值，同时得到传播时间进而获得声速；步骤4.使获取到的超声波信号通过超声波信号调理模块消除噪声信号；步骤5.通过数据采集模块将传感器得到的模拟电信号进行模数转换，并将数字信号传输至计算机中，对信号进行分析处理，得到与返排液含砂量相关的参数值；步骤6.通过步骤1-步骤5获得的幅值变化信息，得到声衰减系数；步骤7.最后结合Epstein超声波衰减模型和已知数据求得压裂返排液含砂量。 2.根据权利要求1所述的基于超声波的压裂返排液含砂量测量方法，其特征在于,还包括利用待测压裂返排液的含砂量，对石油压裂工程中的压裂效果进行测评，对后续压裂返排液的处理给出参考。 3.根据权利要求1所述的基于超声波的压裂返排液含砂量测量方法，其特征在于，所述管道上还安装了传感器模块，能够直接获取超声波接收换能器的信息，同时获取压裂返排液的信息，并将信息传递给数据采集模块；其中，获取超声波接收换能器的信息具体是：传感器模块能够获取到超声波发射时间与接收时间，从而得到超声波传播时间，在已知发射探头与接收探头距离情况下得超声波传播速度。 4.根据权利要求1所述的基于超声波的压裂返排液含砂量测量方法，其特征在于,步骤3具体为：超声波接收换能器接收超声波信号得到对应的超声波衰减后的幅值并且得到传播时间进而获得声速是接收到了发生衰减的第一超声波信号，通过传感器模块得第一超声波信号的初始幅值与第二超声波信号的衰减幅值。 5.根据权利要求1所述的基于超声波的压裂返排液含砂量测量方法，其特征在于,步骤7.所述的超声波衰减的信息通过超声波发射换能器和超声波接收换能器共同获得，超声波衰减的信息和压裂返排液中的含砂量存在一定的函数关系；其中，所述衰减系数通过下式获得：其中，L为超声波传播距离；A1为第一超声波信号的振幅；A2为第二超声波信号的振幅；其中，所述结合Epstein超声波衰减模型和已知数据求得压裂返排液含砂量包括：先计算粘滞衰减；在Epstein超声波衰减模型下压裂返排液与超声波满足“长波长”条件，粘滞衰减表示为如下：其中，n为单位体积的压裂返排液中含有的悬浮固体颗粒的数量；R为压裂返排液粒度；δ为返排液和固体颗粒物密度值之比；为粘滞系数；ω为振动的角频率值；再计算散射吸收衰减系数，表示如下：其中，K为纵波传播常数；所述纵波传播常数表达式如下：得总衰减系数为： α＝αn+αs 最后代入已得的衰减系数并由已知条件可得到n，即所述单位体积的压裂返排液中含有的悬浮固体颗粒的数量，便得到压裂返排液含砂量。 6.根据权利要求1所述的基于超声波的压裂返排液含砂量测量方法，其特征在于，步骤2中，FPGA控制芯片产生脉冲信号通过写入程序控制FPGA控制芯片使单脉冲触发信号向超声波发射换能器持续发出宽度为500ns，脉冲频率为200Hz的触发脉冲波，得第一超声波信号的初始幅值。 7.根据权利要求6所述的基于超声波的压裂返排液含砂量测量方法，其特征在于，FPGA控制芯片通过USB接口和PC机进行连接，将采样得到的数据上传到上位机进行进一步的分析和处理。
所属类别：	发明专利