[發明專利]評價壓裂液動態懸砂能力的氣泡軌跡線法及裝置

有效

• 申請號: 202010772767.1
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN112082997B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 劉磊;鄔學利
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N21/85
• 分類號: G01N21/85
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 朱偉軍

本發明涉及一種評價壓裂液動態懸砂能力的氣泡軌跡線法及裝置，包括氣泡發生部分、氣泡軌跡測試部分、氣液分離部分；氣泡發生部分包括氣源和氣泡發生器；氣泡軌跡測試部分包括可視化裂縫模擬測試段、流量計、溫度傳感器、壓力傳感器、坐標網格線，所述坐標網格線位于可視化裂縫模擬測試段的一側；氣液分離部分包括氣液分離器；氣液分離器中的壓裂液通過泵驅動后在可視化裂縫模擬測試段中流動，氣泡發生器從可視化裂縫模擬測試段的底部釋放氣泡串，形成已知壓力、溫度和流量條件下的氣泡軌跡線。本發明避免了添加砂粒和清理砂粒等復雜操作，該方法直觀、簡單、高效。

技術領域

本發明涉及一種評價壓裂液動態懸砂能力的氣泡軌跡線法及裝置。

背景技術

水力壓裂是油氣井增產的重要技術。壓裂液所攜帶的砂粒或者陶粒又稱為支撐劑，水力壓裂在地層中形成的裂縫依靠支撐劑的支撐才能得以保持，從而使油氣從裂縫中更易滲出，實現增產目標。懸砂能力強的壓裂液有利于支撐劑在裂縫中的合理分布，評價壓裂液的懸砂能力對優化水力壓裂工藝有重要意義。

壓裂液具有剪切稀化的非牛頓流體特征，其動態懸砂能力與靜態懸砂能力會有明顯的差別，鑒于此，評價壓裂液的動態懸砂能力十分必要。對于壓裂液靜態懸砂能力的評價，已有許多成熟的方法與裝置。對于壓裂液的動態懸砂能力，國內外也有不少文獻對其進行了研究，一些專利技術已用于壓裂液動態懸砂能力的評價，這些文獻和專利都是直接以砂粒在壓裂液中的運動為評價對象，可分為多顆粒動態懸砂評價和單顆粒動態懸砂評價兩大類。

多顆粒動態懸砂評價的直接對象是流動壓裂液中的砂粒群，該類方法若用于裂縫通道，其缺點是沉降在裂縫、閥門、彎頭等部件處的砂粒難以清洗，進行重復測試時操作復雜。

單顆粒動態懸砂評價的直接對象是流動壓裂液中的單個砂粒，通常應用高速攝影技術拍攝單個砂粒在裂縫中運動的錄像，再由錄像轉換成砂粒的沉降軌跡，而后進一步確定壓裂液的動態懸砂能力。這類方法由錄像轉換成砂粒沉降軌跡的過程費時費力，而且沉降在裂縫中的砂粒也需要清理，其操作過程也比較復雜。

發明內容

為解決上述背景技術中存在的問題，本發明提出一種評價壓裂液動態懸砂能力的氣泡軌跡線法及裝置，利用流體中氣泡浮升與砂粒沉降的動力學相似，在流動壓裂液中由氣泡浮升軌跡線模擬砂粒沉降軌跡線，由此評價壓裂液的動態懸砂能力，氣泡易于產生，壓裂液中的氣泡也能自動分離并逸出，避免了添加砂粒和清理砂粒等復雜操作。

本發明解決上述問題的技術方案是：

一種評價壓裂液動態懸砂能力的氣泡軌跡線法，其特征在于：包括以下步驟：

1)估算砂粒的直徑d_s，由公式計算砂粒的葛拉曉夫數Gr_s，由公式計算氣泡的葛拉曉夫數Gr_b，其中，ρ_f為壓裂液的密度，ρ_s為砂粒的密度，ρ_b為氣泡中氣體的密度，d_b為氣泡直徑，g為重力加速度，μ_f為壓裂液的黏度；

2)令氣泡的葛拉曉夫數與砂粒的葛拉曉夫數相等，即Gr_b＝Gr_s，得到相同葛拉曉夫數下的氣泡直徑，即d_b＝d_s((ρ_s-ρ_f)/(ρ_f-ρ_b))^1/3，在相同葛拉曉夫數條件下，用直徑為d_b的氣泡浮升軌跡線模擬直徑為d_s的砂粒沉降軌跡線；