[發明專利]用于油氣藏地質改造的壓裂液性能實驗系統

在審

• 申請號: 201410271115.4
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104034630A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 王樹眾;景澤鋒;孫曉;呂明明;羅向榮;翟鎮德;張宇鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N11/04
• 分類號: G01N11/04;G01N15/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及對油氣開發地質改造過程中常用的水基壓裂液、水基泡沫壓裂液、干法壓裂液、干法泡沫壓裂液等多種壓裂液的流變特性、換熱性能及攜砂性能的實驗裝備。

背景技術

水力壓裂是近代油氣井增產應用最為廣發的一種技術，是在地面采用高壓大排量的泵，利用液體傳壓的原理，將具有一定粘度的液體，以大于油層的吸收能力的壓力向油層注入，并使井筒內壓力逐漸升高，從而在井底憋起高壓，當此壓力大于井壁附近的地應力和地層巖石的抗張強度時，便在井底附近地層產生裂縫：繼續注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫向前延伸并填以支撐劑，關井后裂縫閉合在支撐劑上，從而在井底附近地層內形成具有一定幾何尺寸和高導流能力的填砂裂縫，使油氣井達到增產增注的目的。這種技術已在國內外低滲油氣田的開發中起到了關鍵性作用，使原來沒有工業價值的油氣田成為了具有一定產能的油氣田，其意義已遠遠超過了一口井的增產增注作用。一般來說，油氣井在壓裂之后，單井日產量要比壓裂前高3～5倍。同時油氣井產量一旦遞減到壓裂之前還可以進行重復壓裂。在頁巖氣開發中，由于頁巖比較致密，頁巖氣藏屬于超低滲氣藏，必須采用先進的壓裂技術才能增產。因此，壓裂技術在挖掘油氣井生產潛力，保持油氣田穩產和增產方面起到了十分重要的作用。

壓裂液是壓裂改造過程中應用到的具有一定黏度的液體，施工中壓裂液作為一種載體輸送支撐劑進入管道，穿過炮眼，深入裂縫，防止壓后裂縫通道的閉合，擴展裂縫寬度以及產生并支撐長裂縫，形成高導流能力通道，同時，在地層中壓裂液會從高粘度回復到低粘度最終在開井后實現返排。另外地層壓裂過程中壓裂液的配伍性的好壞，會對整個壓裂施工成功與否起到關鍵性的作用。

雖然經過半個多世紀的發展，壓裂液已由單一的純植物膠體系發展到現在的包括泡沫壓裂液、干法壓裂液、清潔壓裂液等多體系的現狀，但對于其性能的檢測仍然存在若干需要解決的問題，表現在：

1)目前還沒有模擬施工條件下的壓裂液流變特性、換熱特性以及模擬施工工程的壓裂液的攜砂性能的綜合型實驗系統。

2)壓裂液體系的發展日新月異，陸續開發出來包括清潔壓裂液、干法壓裂液、干法泡沫壓裂液等多種特定地質條件下的壓裂液體系，目前還沒有適用于對現有所有體系壓裂液進行性能檢測的一套實驗系統。

發明內容

本發明的目的是提供一種可實現模擬工程施工工況條件下的壓裂液的流變特性、摩阻特性，以及模擬施工過程中攜砂壓裂液的支撐劑運移沉降特性的壓裂液性能實驗系統。

為了達到上述目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的。

一種用于油氣藏地質改造的壓裂液性能實驗系統，其特征在于，包括支撐劑供料單元、CO₂泵注單元、常規壓裂液基液泵注單元、N₂泵注單元和起泡劑泵注單元，所述CO₂泵注單元連接一個管匯三通的進口；所述常規壓裂液基液泵注單元和起泡劑泵注單元均連接該管匯三通的另一個進口；所述N₂泵注單元連接一個雙向閥，該雙向閥跨接在所述管匯三通的兩個進口上；所述管匯三通的出口連接壓裂液發泡及加熱單元；所述支撐劑供料單元與攜砂性能測試單元相連；所述壓裂液發泡及加熱單元的出口被一個三通分為兩路，一路連通流變測試單元的多管徑水平流變測試段進口；另一路連通攜砂性能測試單元；所述多管徑水平流變測試段的出口與換熱測試單元中的垂直換熱測試套管的管側進口相連。

上述方案中，所述的CO₂泵注單元包括多個CO₂氣瓶，通過匯集管依次與截止閥、減壓閥以及流量計串聯后再與鹽水池中的液化盤管連接，液化盤管出口通過增壓泵與管匯三通的一個進口相連，鹽水池中的冷卻鹽水由制冷機降溫。

所述壓裂液發泡及加熱單元包括連接管匯三通出口的泡沫發生器，泡沫發生器出口通過一段流體加熱管路被所述三通分為兩路，該段流體加熱管路上設有電極，該電極通過調壓器連接電流變壓器，電極在電流作用下發熱實現對流經該段流體加熱管路中的壓裂液進行電加熱。

所述換熱測試單元的垂直換熱測試套管，其殼側通過冷卻循環泵、緩沖容器與CO₂泵注單元鹽水池中的冷卻鹽水形成循環回路，冷卻垂直換熱測試套管管側出口通過背壓閥連接氣液分離器。

所述支撐劑供料單元包括砂罐，砂罐底端出口與螺旋輸送機相連，螺旋輸送機出口與攜砂性能測試單元中的水平可視觀測管路的進口相連，其中，砂罐為立式圓筒形罐體，砂罐底部采用錐形結構，頂部為法蘭密封蓋，頂部接有平衡N₂接口。罐體頂部加砂口處裝有不同孔隙的篩網。