[發明專利]一種泡沫壓裂液動態攜砂能力評價裝置及工作方法

有效

• 申請號: 201410557368.8
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104280315A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 李兆敏;呂其超;李賓飛;李松巖;盧擁軍;邱曉慧;張昀
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種泡沫壓裂液動態攜砂能力評價裝置及工作方法，屬于石油、天然氣壓裂增產用流體性能評價裝置的技術領域。

背景技術

20世紀70年代末，泡沫壓裂液就可已經開在得到應用，發展到現在泡沫壓裂工藝已經在美國、加拿大、澳大利亞等國家得到廣泛應用。國內在80年代后期引入泡沫壓裂技術后，不斷進行實驗研究及現場應用探索，發展到現在已形成了多種泡沫液體系，主要包括純表活劑泡沫壓裂液、線性膠泡沫壓裂液、酸堿性交聯泡沫壓裂液等。

動態攜砂性能是指壓裂液體系攜帶支撐劑顆粒運移的能力，是評價壓裂液性能重要指標。泡沫壓裂液作為兩相流體不同于常規單相壓裂液，采用常規評價方法無法對其有效、準確評價，同時泡沫壓裂液獨特的微觀結構影響著其攜砂性能，這就同時要求攜砂評價裝置能夠進行微觀可視化研究。因此，研發一種可以評價泡沫壓裂液和常規壓裂液攜砂能力，且高效、精確、經濟的裝置及方法是十分必要的。

中國專利CN10245347A公開的一種煤層氣用泡沫壓裂液的懸砂性能測試方法，直接將泡沫壓裂液加入量筒、加入陶粒支撐劑，觀察陶粒的沉降速度、分析泡沫壓裂液的懸砂性能。首先，這種方法是一種靜態懸砂性能測試方法，無法貼近現場，可信度低；其次，直接將泡沫加入量筒會使泡沫暴露在空氣中，這將影響泡沫的穩定性，增大實驗誤差。

中國專利CN203132950U公開的流體攜砂能力測量裝置，借用了井筒沖砂的原理，壓裂液經過內筒流向外筒底部，再帶動外筒底部的支撐劑由外筒向上流出。通過對比攜帶支撐劑的高度，以及底部靜態的支撐劑體積來評價壓裂液的攜砂能力。首先，這種裝置和方法只能適用于常規壓裂液體系的攜砂能力測試；其次，壓裂液鋪置支撐劑的過程主要發生在裂縫而不是井筒，采用井筒沖砂原理影響實驗的可信度。

《工程熱物理學報》2011年第1期中，記載了由孫曉發表的《交聯氮氣泡沫壓裂液的攜砂性能研究》一篇文章。該文章在大型高壓泡沫壓裂液實驗回路上，對泡沫壓裂液的攜砂性能進行了實驗研究，采用泡沫壓裂液的臨界攜砂流速表征攜砂性能。首先，這種實驗設備體積龐大，費用高昂，難以普及；其次，該方法仍然是是在管路中而不是裂縫中研究壓裂液攜砂性能；最后，文章中雖然實現了支撐劑沉降的可視化觀察，但由于管徑粗、泡沫透光性差、顆粒運移軌跡不規則等原因，該裝置無法良好得實現泡沫與支撐劑相互作用的微觀可視化。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種泡沫壓裂液動態攜砂能力評價裝置，該裝置可以評價泡沫壓裂液和常規單相壓裂液攜砂能力，同時可以實現泡沫與支撐劑相互作用的微觀可視化，該裝置具有高效、精確、經濟等特點。

本發明還提供一種上述泡沫壓裂液動態攜砂能力評價裝置的工作方法。

本發明技術方案在于：

一種泡沫壓裂液動態攜砂能力評價裝置，包括產氣部、壓裂液儲存部、均與產氣部和壓裂液儲存部相連的泡沫發生器、支撐劑儲罐和模擬裂縫板；

所述的產氣部包括沿氣體擴散方向依次連接的氣瓶、氣體流量計和單向閥；

所述的壓裂液儲存部包括可控制壓裂液流出流量的裝置；

所述產氣部產生的氣體和壓裂液儲存部產生的液體經氣泡發生器作用產生壓裂液泡沫，所述的壓裂液泡沫流入所述支撐劑儲罐的頂部；

在支撐劑儲罐的底部設置有模擬裂縫板，在所述模擬裂縫板的末端設置有回壓閥；在所述支撐劑儲罐的頂部設置有壓力表。

根據本發明優選的，所述泡沫發生器與支撐劑儲罐通過連接管線相連，所述連接管線為內徑3～6mm的不銹鋼管線。

根據本發明優選的，所述泡沫壓裂液動態攜砂能力評價裝置還包括計算機和微觀攝像機；在所述模擬裂縫板上設置有微觀攝像機，所述微觀攝像機與所述計算機相連，用于采集、儲存、分析所述模擬裂縫內泡沫壓裂液攜砂的參數，以評價所述模擬裂縫內泡沫壓裂液攜砂能力。

根據本發明優選的，所述可控制壓裂液流出流量的裝置包括由平流泵驅動的用于容納壓裂液的中間容器。

根據本發明優選的，所述支撐劑儲罐為長方體結構，所述支撐劑儲罐內部標有體積刻度，作用是存放支撐劑顆粒，也用于計量實驗過程中壓裂液攜帶走的支撐劑體積；其帶有體積刻度一面及相對面為耐壓鋼化玻璃，其余面為不銹鋼。此處設計的優點使支撐劑儲罐承受較高壓力。

根據本發明優選的，所述支撐劑儲罐的內腔的高度為20cm～40cm，體積為20mL～160mL。此處設計的優勢在于采用少量的支撐劑顆粒既可以完成實驗，同時該設計可以保證儲罐內的支撐劑上端面在壓裂液沖擊下均勻下降低，便于支撐劑體積的計量。