[發明專利]實現支撐劑輸送實驗攜砂液濃度精確控制的裝置及方法

在審

• 申請號: 201911060697.0
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110685660A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 張濤;孫堃;郭建春;楊若愚;穆軻帆;張家彬
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B43/267
• 分類號: E21B43/267;E21B47/002;E21B47/06;F04C11/00;F04C14/00;F04C14/28
• 代理公司: 51218 成都金英專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 袁英

本發明涉及實現支撐劑輸送實驗攜砂液濃度精確控制的裝置及方法。該裝置由壓裂液罐1、螺桿泵2、分流三通16、密閉式混砂罐19、滑片泵7、進砂罐6、匯流三通18、模擬井筒20、可視化平板裂縫10、攝像機21組成。該方法包括：將可視化平板裂縫固定于支座上，形成垂直裂縫；啟動螺桿泵，壓裂液在分流三通處分流為向上流動與向前流動兩部分；向上流動的壓裂液進入密閉式混砂罐中，壓裂液和支撐劑在混砂罐內混合形成攜砂液；向前分流的壓裂液與混砂罐內的攜砂液在匯流三通處進行充分混合；將充分混合后的攜砂液經過模擬井筒泵注到平板裂縫中。本發明原理可靠，操作簡便，極大地提高實驗的準確性，使支撐劑輸送和鋪置優化結果更具有現場指導意義。

技術領域

本發明涉及一種實現支撐劑輸送實驗攜砂液濃度精確控制的實驗裝置及方法，屬于油氣田開發領域。

背景技術

水力壓裂是利用高壓泵組，將壓裂液泵注入地層，在超過地層破裂壓力時壓開油氣儲層，從而釋放油氣產能，提高油氣采收率，達到增產效果。而在地面停泵后，人工裂縫會因為地層壓力發生閉合，因此在壓開儲層后，會接著注入支撐劑顆粒使所壓開的裂縫仍然能夠保持一定的開度，從而使地層裂縫保持一定的導流能力。因此，支撐劑顆粒在裂縫中的運移及鋪置將會極大地影響最終的增產效果，研究支撐劑在縫內的運移規律對于指導水力壓裂施工有著較大意義。

目前研究水力壓裂過程中的支撐劑運移主要是利用大型可視化平板實驗手段，通過將含支撐劑的攜砂液泵注至可視化平板裂縫中，進而通過對平板裂縫中的支撐劑輸送過程的觀察來研究其運動規律。中國專利申請CN106151833A公開了一種壓裂液攜砂效果評裝置及方法，該裝置是將攜砂液提前配置好，然后通過注入泵和管線直接輸送至平板裂縫。在這個過程中，特別是模擬頁巖滑溜水輸送支撐劑的實驗，由于滑溜水粘度較低，支撐劑會在多相混輸泵內出現一定的沉降，導致進入平板內的支撐劑濃度不能保持一個穩定值，影響實驗的測試精度，最終影響支撐劑輸送優化研究結果。2016年Songyang Tong等人在文章（Proppant transport study in fractures with intersections[J].Fuel,2016,181:463-477）中提到了一種不利用混輸泵直接輸送混砂液的實驗裝置，該裝置使支撐劑和壓裂液在裂縫入口處進行混合，僅靠重力實現混砂液的注入，因此只能模擬較小壓力的工況，同時混砂罐未保持密閉，會導致空氣進入到平板裂縫中，對支撐劑輸送過程產生干擾。

發明內容

本發明的目的在于提供實現支撐劑輸送實驗攜砂液濃度精確控制的裝置，該裝置在螺桿泵后設置分流管路，通過密閉式混砂罐實現均勻進砂，并通過調節匯流管路流量來精確控制攜砂液濃度，既避免攜砂液通過混輸泵時支撐劑發生沉降，同時能防止空氣進入到平板裂縫中，極大地提高實驗的準確性，使支撐劑輸送和鋪置優化結果更具有現場指導意義。

本發明的另一目的還在于提供利用上述裝置實現支撐劑輸送實驗攜砂液濃度精確控制的方法，該方法原理可靠，操作簡便，在能夠滿足模擬水力裂縫中支撐劑輸送鋪置實驗測試要求的同時，有效地避免了支撐劑顆粒在泵內沉降，從而導致實驗條件無法精確控制的問題。

為達到以上技術目的，本發明采用以下技術方案。

實現支撐劑輸送實驗攜砂液濃度精確控制的裝置，由壓裂液罐、螺桿泵、流量計、分流三通、密閉式混砂罐、匯流三通、模擬井筒、可視化平板裂縫、廢液罐、調節閥門、壓力計、攝像機組成。

所述壓裂液罐用于配置實驗所用的純壓裂液，其通過管線直接連接動力設備螺桿泵。壓裂液被螺桿泵增壓后，通過流量計計量壓裂液的流量，并用閥門進行調節。泵后連接三通形式的管路，流體被分流為向上流動與向前流動兩部分，向上流動的流體由進液口進入到密閉式混砂罐中，用閥門控制進入密閉式混砂罐的流量。

所述密閉式混砂罐主要由水量保持裝置與均勻進砂裝置構成。