一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置及方法

技术领域

本发明属于流体的自动补液、切换技术领域，具体涉及一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置及方法。

背景技术

装置自动化在石油行业越来越普及，但对于酸化、酸压实验中不同酸性实验流体间的更换却未能实现自动补液和快速切换的功能，往往需要人工手动补液和切换。

现有的补液、切换装置中，中间容器的体积有限，而酸蚀实验所需流体的流量较大，需要多次打开中间容器上盖补充实验液体，这样操作费时费力，操作过程复杂，而且对于强腐蚀液体酸化实验，通常需要对比多种酸液体系对岩心酸蚀情况，其中不乏高浓度酸，因此多种液体开泵切换的过程复杂且安全性低。

另外，对于强腐蚀液体酸化实验，在数据采集上，一般以人工记录为主，每分钟记录一次岩心加持器的进口压力，后期绘制的曲线不具有连贯性，无法直观反应岩心内渗透率实时变化。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供的一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置及方法，通过计算机控制，实现流体的自动补液、快速切换、数据实时采集的目的。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一方面，本发明提供了一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置，包括中间容器、平流泵、气动泵、真空泵、至少两个补液单元、压力传感装置、计算机、导流装置、六通阀门；

所述中间容器内设有可升降的活塞，所述活塞将所述中间容器内部分成上下两个部分，所述中间容器底端出口、第七电动阀、所述平流泵依次连通；

两个所述补液单元分别为第一补液单元和第二补液单元；

所述六通阀门第一连接口、第一电动阀、所述真空泵依次连通，所述六通阀门第二连接口、第二电动阀、所述第一补液单元出口依次连通，所述六通阀门第三连接口、第三电动阀、所述中间容器顶端出口依次连通，所述六通阀门第四连接口、第四电动阀、所述第二补液单元出口依次连通，所述六通阀门第五连接口、第五电动阀、所述压力传感装置、所述导流装置依次连通，所述六通阀门第六连接口、第六电动阀、所述气动泵依次连通；

所述计算机分别与所述第一电动阀、所述第二电动阀、所述第三电动阀、所述第四电动阀、所述第五电动阀、所述第六电动阀、所述第七电动阀、所述平流泵、所述气动泵、所述真空泵、所述压力传感装置电连接。

作为优选的，所述装置还包括打印机，所述打印机与所述计算机电连接。

作为优选的，所述第一补液单元与所述第二电动阀之间的连接管上设有用于检测流速和流量的第一计量单元；所述第二补液单元与所述第四电动阀之间的连接管上设有用于检测流速和流量的第二计量单元。

另一方面，基于上述装置，本发明提供了一种适用于流体的负压补液、快速切换的自动化方法，包括以下步骤：

S1、打开计算机；

S2、向第一补液单元内加入第一种液体，向第二补液单元内加入第二种液体；

S3、第一种液体的负压自动补液：

S31、计算机通过信号控制打开第三电动阀、第六电动阀、第七电动阀，关闭第一电动阀、第二电动阀、第四电动阀、第五电动阀，然后开启气动泵进行注气，并开启平流泵进行流量检测，使得中间容器内的活塞下降，直至中间容器内的活塞下降至底部，此时平流泵的流量传感器检测到的流量为零，平流泵将信号传递至计算机，计算机随即通过信号控制关闭第七电动阀、平流泵、气动泵；

S32、计算机通过信号控制开启第一电动阀、第三电动阀，关闭第二电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀、第七电动阀，然后开启真空泵进行抽气，抽完中间容器内活塞上面的气体后，真空泵发出完成信号给计算机；

S33、计算机通过信号控制关闭真空泵，然后开启第二电动阀、第三电动阀，关闭第一电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀，第一补液单元中的液体由于负压流入中间容器内，第一计量单元获取流入速度和流量，在第一计量单元流入速度指示为零时，完成第一种液体的负压自动补液；

S4、将第一种液体导入导流装置：

计算机通过信号控制开启第七电动阀、第三电动阀、第五电动阀，关闭第一电动阀、第二电动阀、第四电动阀、第六电动阀，然后开启平流泵，通过平流泵向中间容器内输送循环液体，使中间容器内的活塞上升，活塞上部的第一种液体流经第三电动阀、第五电动阀至压力传感装置，最终流入导流装置，导入完成后关闭平流泵、第七电动阀；

S5、第一种液体的自动化回收：

计算机通过信号控制开启第七电动阀、第二电动阀、第三电动阀，关闭第一电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀，然后开启平流泵向中间容器内输送循环液体，活塞上移排出活塞上部的第一种液体，排出的液体经过第三电动阀、第二电动阀后又回流到第一补液单元内，活塞上升到顶部时，平流泵的流量传感器检测到流量为零时，平流泵将信号传递至计算机，计算机随即通过信号控制关闭平流泵、第二电动阀，完成第一种液体的自动化回收；

S6、第二种液体的负压自动补液：

S61、计算机通过信号控制开启第三电动阀、第六电动阀、第七电动阀，关闭第一电动阀、第二电动阀、第四电动阀、第五电动阀，然后开启气动泵进行注气，并开启平流泵进行流量检测，使得中间容器内的活塞不断下降，直至中间容器内的活塞下降至底部，此时平流泵的流量传感器检测到的流量为零，平流泵将信号传递至计算机，计算机随即通过信号控制关闭第七电动阀、平流泵、气动泵；

S62、计算机通过信号控制开启第一电动阀、第三电动阀，关闭第二电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀、第七电动阀，然后开启真空泵进行抽气，抽完中间容器内活塞上面的气体后，真空泵发出完成信号给计算机；

S63、计算机通过信号控制关闭真空泵，然后开启第三电动阀、第四电动阀，关闭第一电动阀、第二电动阀、第五电动阀、第六电动阀，第二补液单元中的液体由于负压流入中间容器内，第二计量单元获取流入速度和流量，在第二计量单元流入速度指示为零时，完成第二种液体的负压自动补液；

S7、将第二种液体导入导流装置：

计算机通过信号控制开启第七电动阀、第三电动阀、第五电动阀，关闭第一电动阀、第二电动阀、第四电动阀、第六电动阀，然后开启平流泵，通过平流泵向中间容器输送循环液体，使中间容器内的活塞上升，使活塞上部的第二种液体流经第三电动阀、第五电动阀至压力传感装置，最终流入导流装置，导入完成后关闭平流泵、第七电动阀；

S8、第二种液体的自动化回收：

计算机通过信号控制开启第七电动阀、第四电动阀、第三电动阀，关闭第一电动阀、第二电动阀、第五电动阀、第六电动阀，然后开启平流泵向中间容器内输送循环液体，活塞上移排出活塞上部的第二种液体，排出的液体经过第三电动阀、第四电动阀后又回流到第二补液单元中，活塞上升到顶部时，平流泵的流量传感器检测到流量为零，平流泵将信号传递至计算机，计算机随即通过信号控制关闭平流泵、第四电动阀，完成第二种液体的自动化回收。

作为优选的，所述S4中，压力传感装置将检测到的进口压力实时数据传递至计算机，通过计算机绘制压力随时间变化的连续折线图，进一步得到渗透率和导流能力随时间变化的连续折线图。

作为优选的，计算机将信号传递至打印机，通过打印机打印纸质版的压力随时间变化的连续折线图、渗透率和导流能力随时间变化的连续折线图。

作为优选的，所述S7中，压力传感装置将检测到的进口压力实时数据传递至计算机，通过计算机绘制压力随时间变化的连续折线图，进一步得到渗透率和导流能力随时间变化的连续折线图。

作为优选的，计算机将信号传递至打印机，通过打印机打印纸质版的压力随时间变化的连续折线图、渗透率和导流能力随时间变化的连续折线图。

作为优选的，所述S5中，完成第一种液体的自动化回收后，还包括如下步骤：

S51、管线的清洗：

计算机通过信号控制开启第五电动阀、第六电动阀，关闭第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀，然后打开气动泵注气，将连接第五电动阀与导流装置的管线内的流体驱出，然后关闭气动泵，完成管线的清洗过程。

作为优选的，所述S8中，完成第二种液体的自动化回收后，还包括如下步骤：

S81、管线的清洗：

计算机通过信号控制开启第五电动阀、第六电动阀，关闭第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀，然后打开气动泵注气，将连接第五电动阀与导流装置的管线内的流体驱出，然后关闭气动泵，完成管线的清洗过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置及方法，通过计算机控制电动阀开关，首先利用气动泵将活塞压到底部，并用真空泵抽出活塞上部气体，形成真空。由于补液单元与中间容器内存在压差，中间容器内形成负压自动吸液。其中，通过连接不同的补液单元，在气动泵驱洗管线后，控制对应阀门开关，采取上述同样的操作，可更换中间容器内的实验液体。并且，中间容器内未使用完的酸性液体可利用平流泵推动活塞将液体返压至补液单元，整套装置完全密封，且由耐腐蚀性强的材料制成，返压的残余液体可继续进行下一次实验所用。同时，还可以通过计算机对进口压力数据实时采集，能够更准确的得到压力变化曲线，从而更直观的反应酸化、酸压实验过程中岩心进口压力的突降特征。

2、本发明提供的一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置及方法，其中，压力传感装置连续收集导流装置前端的进口压力信息，并传输于计算机进行数据处理，形成进口压力随时间变化的连续曲线，进而得到渗透率和导流能力随时间变化的连续曲线。还可以通过打印机获取三组连续曲线图，更加直观的反应某一时刻的压力突降程度，以及酸液贯穿岩心前后的渗透率、导流能力值。

3、本发明提供的一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置及方法，由计算机控制电动阀的开关，达成自动补液、快速切换、数据采集自动化的功能。三种功能可根据计算机控制系统实现一键自动化。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置的连接示意图；

图2为本发明实施例提供的一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置的流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一电动阀；2、第二电动阀；3、第三电动阀；4、第四电动阀；5、第五电动阀；6、第六电动阀；7、中间容器；8、第七电动阀；9、平流泵；10、气动泵；11、真空泵；12、第一补液单元；13、第一计量单元；14、第二补液单元；15、第二计量单元；16、压力传感装置；17、计算机；18、导流装置；19、打印机；20、六通阀门。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语中“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型结构。对于本领域的普通技术人员，可以根据具体情况理解该类术语在本专利中的具体含义。

如图1-2所示，本发明提供了一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置，包括中间容器7、平流泵9、气动泵10、真空泵11、至少两个补液单元、压力传感装置16、计算机17、导流装置18、六通阀门20。

本实施例中，所述中间容器7内设有可升降的活塞，所述活塞与所述中间容器7内侧壁密封连接，即所述活塞将所述中间容器7内部分成上下两个部分，且上下两个部分不连通，下部分预先储存有循环液体。所述中间容器7底端和顶端各设有一个出口，底端和顶端的出口分别与所述中间容器7的下部分和上部分连通，且所述中间容器7底端出口、第七电动阀8、所述平流泵9依次连通。

其中，所述平流泵9具备储液、计量和输送压力的功能。所述真空泵11也具备计量的功能。

两个所述补液单元分别为第一补液单元12和第二补液单元14。两个所述补液单元可以存放两种不同的液体。在一些实施例中，三个所述补液单元可以存放三种不同的液体。在一些实施例中，四个所述补液单元可以存放四种不同的液体。根据实际需要，可以选择设置多个所述补液单元。

所述六通阀门20第一连接口、第一电动阀1、所述真空泵11依次连通，所述六通阀门20第二连接口、第二电动阀2、所述第一补液单元12出口依次连通，所述六通阀门20第三连接口、第三电动阀3、所述中间容器7顶端出口依次连通，所述六通阀门20第四连接口、第四电动阀4、所述第二补液单元14出口依次连通，所述六通阀门20第五连接口、第五电动阀5、所述压力传感装置16、所述导流装置18依次连通，所述六通阀门20第六连接口、第六电动阀6、所述气动泵10依次连通。其中，各阀门连接口以及管道内部均可以为耐腐蚀材料制成，使得装置可以适用于强腐蚀酸性实验液体的自动补液、快速自动化切换。

所述计算机17分别与所述第一电动阀1、所述第二电动阀2、所述第三电动阀3、所述第四电动阀4、所述第五电动阀5、所述第六电动阀6、所述第七电动阀8、所述平流泵9、所述气动泵10、所述真空泵11、所述压力传感装置16电连接。这样设置，通过所述计算机17输出控制信号，即可实现各电动阀、以及各泵体的开关，各泵体也可以反馈信号给所述计算机17。同时，通过所述计算机17可以实现对所述导流装置18的进口压力实时监测，能够更加直观的监测导流装置内强腐蚀性流体反应进程。通过所述计算机17对所述压力传感装置16接受的信息进行迅速处理，得到压力随时间的实时变化曲线图，进而计算出导流能力、渗透率随时间的实时变化曲线。

本实施例中，还包括打印机19，所述打印机19与所述计算机17电连接。所述压力传感装置16可以连续收集所述导流装置18前端的进口压力信息，并将信息传递给所述计算机17进行数据处理，形成进口压力随时间变化的连续曲线，进而得到渗透率和导流能力随时间变化的连续曲线。然后通过所述打印机19获取三组连续曲线图的纸质版，更加直观的反应某一时刻的压力突降程度，以及酸液贯穿岩心前后的渗透率、导流能力值。

本实施例中，所述第一补液单元12与所述第二电动阀2之间的连接管上设有用于检测流速和流量的第一计量单元13；所述第二补液单元14与所述第四电动阀4之间的连接管上设有用于检测流速和流量的第二计量单元15。其中，通过计量单元可以快速检测加入体系的液体流量。

在一些实施例中，所述气动泵10出气口可以与所述补液单元连通，这样可以通过所述气动泵10给所述补液单元内的液体施加压力，使得液体快速流出。

综上所述，本实施例提供的一种适用于流体的负压补液、快速切换自动化装置，通过所述计算机17，即可控制各电动阀、各泵体的开关，达成自动补液、快速切换、数据采集自动化的功能，三种功能可根据计算机控制系统实现一键自动化。而且整套装置完全密封，各连接部件以及管道内部均可以由耐腐蚀性强的材料制成，可以适用于强腐蚀酸性实验液体的自动补液、快速自动化切换，适用范围广。

另一方面，基于上述装置，本发明提供了一种适用于流体的负压补液、快速切换的自动化方法，包括以下步骤：

S1、打开计算机17；

S2、向第一补液单元12内加入第一种液体，向第二补液单元14内加入第二种液体；

S3、第一种液体的负压自动补液：

S31、计算机17通过信号控制打开第三电动阀3、第六电动阀6、第七电动阀8，关闭第一电动阀1、第二电动阀2、第四电动阀4、第五电动阀5，然后开启气动泵10进行注气，并开启平流泵9进行流量检测，由于中间容器7内预先存储有循环液体，使得活塞处于高位，随着气体不断地注入，中间容器7内的活塞不断下降，将循环液体压入平流泵9内，直至活塞下降到中间容器7内底部，此时平流泵9的流量传感器检测到的流量为零，平流泵9将信号传递至计算机17，计算机17随即通过信号控制关闭第七电动阀8、平流泵9、气动泵10；

S32、计算机17通过信号控制开启第一电动阀1、第三电动阀3，关闭第二电动阀2、第四电动阀4、第五电动阀5、第六电动阀6、第七电动阀8，然后开启真空泵11进行抽气，抽完中间容器7内活塞上面的气体后，真空泵11发出完成信号给计算机17，此时中间容器7内活塞上方部分形成真空；

S33、计算机17通过信号控制关闭真空泵11，然后开启第二电动阀2、第三电动阀3，关闭第一电动阀1、第四电动阀4、第五电动阀5、第六电动阀6，第一补液单元12中的液体由于负压流入中间容器7内，同时，可以开启气动泵10对补液单元12进行加压，第一计量单元13获取流入速度和流量，在第一计量单元13流入速度指示为零时，关闭气动泵10，完成第一种液体的负压自动补液；

S4、将第一种液体导入导流装置18：

计算机17通过信号控制开启第七电动阀8、第三电动阀3、第五电动阀5，关闭第一电动阀1、第二电动阀2、第四电动阀4、第六电动阀6，然后开启平流泵9，通过平流泵9向中间容器7内连续恒速、常压输送循环液体，使中间容器7内的活塞稳定上升，使得活塞上部的第一种液体流经第三电动阀3、第五电动阀5至压力传感装置16，最终流入导流装置18，导入完成后关闭平流泵9、第七电动阀8；

压力传感装置16将检测到的进口压力实时数据传递至计算机17，通过计算机17绘制压力随时间变化的连续折线图，进一步得到渗透率和导流能力随时间变化的连续折线图；计算机17将信号传递至打印机19，通过打印机19打印纸质版的压力随时间变化的连续折线图、渗透率和导流能力随时间变化的连续折线图；

S5、第一种液体的自动化回收：

计算机17通过信号控制开启第七电动阀8、第二电动阀2、第三电动阀3，关闭第一电动阀1、第四电动阀4、第五电动阀5、第六电动阀6，然后开启平流泵9向中间容器7内输送循环液体，活塞上移排出活塞上部的第一种液体，排出的液体经过第三电动阀3、第二电动阀2后又回流到第一补液单元12内，活塞上升到顶部时，平流泵9的流量传感器检测到流量为零时，平流泵9将信号传递至计算机17，计算机17随即通过信号控制关闭平流泵9、第二电动阀2，完成第一种液体的自动化回收；

S51、管线的清洗：

计算机17通过信号控制开启第五电动阀5、第六电动阀6，关闭第一电动阀1、第二电动阀2、第三电动阀3、第四电动阀4，然后打开气动泵10注气，将连接第五电动阀5与导流装置18的管线内的流体驱出，然后关闭气动泵10，六通阀门20以及各电动阀由于管线连接紧密，长度较短残余液体忽略不计，故到此已完成第一种液体的自动补液与清洗过程；

S6、第二种液体的负压自动补液：

S61、计算机17通过信号控制开启第三电动阀3、第六电动阀6、第七电动阀8，关闭第一电动阀1、第二电动阀2、第四电动阀4、第五电动阀5，然后开启气动泵10进行注气，并开启平流泵9进行流量检测，使得中间容器7内的活塞不断下降，直至中间容器7内的活塞下降至底部，此时平流泵9的流量传感器检测到的流量为零，平流泵9将信号传递至计算机17，计算机17随即通过信号控制关闭第七电动阀8、平流泵9、气动泵10；

S62、计算机17通过信号控制开启第一电动阀1、第三电动阀3，关闭第二电动阀2、第四电动阀4、第五电动阀5、第六电动阀6、第七电动阀8，然后开启真空泵11进行抽气，抽完中间容器7内活塞上面的气体后，真空泵11发出完成信号给计算机17，此时中间容器7内活塞上方部分形成真空；

S63、计算机17通过信号控制关闭真空泵11，然后开启第三电动阀3、第四电动阀4，关闭第一电动阀1、第二电动阀2、第五电动阀5、第六电动阀6，第二补液单元14中的液体由于负压流入中间容器7内，同时，可以开启气动泵10对补液单元12进行加压，第二计量单元15获取流入速度和流量，在第二计量单元15流入速度指示为零时，关闭气动泵10，完成第二种液体的负压自动补液；

S7、将第二种液体导入导流装置18：

计算机17通过信号控制开启第七电动阀8、第三电动阀3、第五电动阀5，关闭第一电动阀1、第二电动阀2、第四电动阀4、第六电动阀6，然后开启平流泵9，通过平流泵9向中间容器7连续恒速、常压输送循环液体，使中间容器7内的活塞稳定上升，使活塞上部的第二种液体流经第三电动阀3、第五电动阀5至压力传感装置16，最终流入导流装置18，导入完成后关闭平流泵9、第七电动阀8；

压力传感装置16将检测到的进口压力实时数据传递至计算机17，通过计算机17绘制压力随时间变化的连续折线图，进一步得到渗透率和导流能力随时间变化的连续折线图；计算机17将信号传递至打印机19，通过打印机19打印纸质版的压力随时间变化的连续折线图、渗透率和导流能力随时间变化的连续折线图；

S8、第二种液体的自动化回收：

计算机17通过信号控制开启第七电动阀8、第四电动阀4、第三电动阀3，关闭第一电动阀1、第二电动阀2、第五电动阀5、第六电动阀6，然后开启平流泵9向中间容器7内输送循环液体，活塞上移排出活塞上部的第二种液体，排出的液体经过第三电动阀3、第四电动阀4后又回流到第二补液单元14中，活塞上升到顶部时，平流泵9的流量传感器检测到流量为零，平流泵9将信号传递至计算机17，计算机17随即通过信号控制关闭平流泵9、第四电动阀4，完成第二种液体的自动化回收；

S81、管线的清洗：

计算机17通过信号控制开启第五电动阀5、第六电动阀6，关闭第一电动阀1、第二电动阀2、第三电动阀3、第四电动阀4，然后打开气动泵10注气，将连接第五电动阀5与导流装置18的管线内的流体驱出，然后关闭气动泵10，同理，六通阀门20以及各电动阀由于管线连接紧密，长度较短残余液体忽略不计，故到此已完成第二种液体的自动补液与清洗过程。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明中未对具体结构做出描述的机构、组件和部件均为现有技术中已经存在的现有结构。可以从市面上直接购买得到。

以上仅为本发明的较佳实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。