[發明專利]裂縫內高濃度顆粒運動狀態與液體流場同時監測實驗方法

有效

• 申請號: 201710040919.7
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106812517B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 楊晨;周福建;劉雄飛;楊凱
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B43/267
• 分類號: E21B43/267;E21B47/11
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 張海英;林波

本發明涉及裂縫內高濃度顆粒運動狀態與液體流場同時監測實驗方法，其包括以下步驟：將示蹤顆粒和第一球形顆粒置于顆粒罐內；將示蹤顆粒、第一球形顆粒、熒光示蹤劑及液體進行調配得到混合液；混合液通過螺桿泵進入井筒并通過井筒上的炮眼進入裂縫中；使用粒子圖像測速系統對裂縫內的混合液進行拍攝，并對拍攝的圖像進行數據處理；混合液從裂縫的出口流出，通過管線進入到過濾罐；將過濾罐過濾后的混合液通過離心泵再次流入液體罐。本發明在由示蹤顆粒與第一球形顆粒組成的高濃度顆粒群中，利用粒子圖像測速系統對示蹤顆粒進行跟蹤，并得到單個顆粒的運動特性，同時，粒子圖像測速系統根據采集的液體中熒光示蹤劑的圖像分析出液體的流場。

技術領域

本發明涉及水力壓裂技術領域，尤其涉及裂縫內高濃度顆粒運動狀態與液體流場同時監測實驗方法。

背景技術

水力壓裂是石油行業中最常用的增產辦法，其原理是把高壓流體從井筒注入到地層，利用流體壓力將地層壓開，然后注入固體顆粒支撐劑，使其隨流體進入裂縫(縫寬約為3-8mm)，并在已經壓開的裂縫中沉降，使得壓力撤去以后裂縫仍然保持被撐開的狀態，從而使油氣很容易從地層中流出。

固體顆粒(支撐劑)在裂縫中隨著流體的運動規律將決定其最終的沉降狀態，進而決定整個水力壓裂施工的效果，故需要對裂縫中固體顆粒的微觀運動狀態進行深入了解，又因為固體的微觀運動狀態與液體的流場息息相關，故需要對固體顆粒的運動狀態和液體的流場進行同步實時觀測，目前，在實驗中將兩片透明的介質(比如有機玻璃)平行放置并密封，其內部空間就形成了裂縫，然后依靠攝影機記錄裂縫內固體顆粒整體的運移和沉降情況。

但上述方法都只是針對裂縫內固體顆粒的宏觀沉降狀況進行觀測，無法對單顆粒的運動狀態進行實時跟蹤，也無法同時得到流體的流場，有以下原因：

1、縫內流速很快，而攝像頭捕捉的視窗大小有限，所以用一般的攝像機跟蹤拍攝無法捕捉到單顆粒固體粒子運動特性；

2、不能將固體顆粒和液體中的示蹤粒子進行區分；

3、即使將固體顆粒和液體中的示蹤粒子區分開了，但是由于縫寬很窄(3-8mm)，而固體顆粒的濃度又很高，所以固體顆粒的分散性很差，他們會聚 集成團，并互相遮擋，而且流動的氣泡也會遮擋固體顆粒，這樣的話，就無法對單顆粒進行拍攝。

發明內容

本發明的目的在于提出一種裂縫內高濃度顆粒運動狀態與液體流場同時監測實驗方法，能夠解決現有技術中不能對高濃度顆粒群中的單顆粒運動狀態進行實時跟蹤且無法同時得到流體的流場的技術問題。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

提供一種裂縫內高濃度顆粒運動狀態與液體流場同時監測實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、將示蹤顆粒和第一球形顆粒置于顆粒罐內；

(2)、所述顆粒罐內的所述示蹤顆粒和第一球形顆粒及液體罐內的熒光示蹤劑和液體流入攪拌罐后，將所述示蹤顆粒、第一球形顆粒、熒光示蹤劑及液體進行調配得到混合液；

(3)、所述混合液通過螺桿泵進入井筒并通過所述井筒上的炮眼進入裂縫中；

(4)、使用粒子圖像測速系統對所述裂縫內的所述混合液進行拍攝，并對拍攝的圖像進行數據處理；

(5)、所述混合液從所述裂縫的出口流出，通過管線進入到過濾罐；

(6)、將過濾罐過濾后的所述混合液通過離心泵再次流入所述液體罐。

本發明在由示蹤顆粒與第一球形顆粒組成的高濃度顆粒群中，利用粒子圖像測速系統對示蹤顆粒進行跟蹤，從而得到單個顆粒的運動特性，同時，粒子圖像測速系統根據采集的液體中熒光示蹤劑的圖像分析出液體的流場。

進一步的，所述示蹤顆粒由以下方法制備得到：