一種壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，包括兩條支路，第一條支路包括均與過濾器的入口連接的第一氣瓶和第二氣瓶，過濾器的出口依次連接有冷凝器、儲罐、第一注入泵、第一壓力傳感器、第一流量計和第一止回閥；第二條支路包括依次連接的盛液容器、第二注入泵、第二流量計、活塞容器、第二壓力傳感器和第二止回閥，兩支路匯合后依次連接安全閥、中間容器、第三壓力傳感器、第七閥、柱塞泵、第三止回閥、第八閥和循環(huán)回路，循環(huán)回路由螺桿泵、第四壓力傳感器、溫度傳感器、觀測容器、第五壓力傳感器、螺旋管和第九閥依次連接而成，利用該系統(tǒng)可測試多種類型壓裂液的動態(tài)懸砂能力和靜態(tài)懸砂能力，也可用落球法測定各種壓裂液的粘度。
【專利說明】
一種壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型屬于壓裂技術領域，特別涉及一種壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著致密低滲非常規(guī)油氣藏的大規(guī)模開發(fā)，針對常規(guī)水基壓裂液存在的環(huán)保問題、水敏地層和開采地區(qū)缺水的制約，CO2無水壓裂技術應運而生。CO2無水壓裂技術主要是以由液態(tài)CO2和極少量化學添加劑混合形成的無水壓裂液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水基壓裂液進行儲層改造，在提高體積壓裂改造效果的同時，能夠有效保護儲層，并且節(jié)約大量的水資源，在技術上和經濟上均具有較大優(yōu)勢。由于超臨界CO2的粘度往往遠低于水基壓裂液，故常常需要加入增稠劑等化學添加劑以改善其壓裂液的攜砂造縫性能。
[0003]然而，實際的市場調研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的施工現(xiàn)場作業(yè)或實驗室研究都很少，針對能夠測試CO2壓裂液懸砂能力的裝置，市場上還沒有成熟的產品銷售。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，可以測試不同添加劑配比下的CO2無水壓裂液在不同溫度、不同壓力、不同排量情況下的動態(tài)懸砂能力和靜態(tài)懸砂能力，同時還可以利用該實驗裝置測試CO2泡沫壓裂液、清水壓裂液等其他類型壓裂液的懸砂能力，也可用落球法測定各種壓裂液的粘度。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0006]—種壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，包括兩條支路:
[0007]第一條支路包括均與過濾器5入口連接的第一氣瓶I和第二氣瓶2，過濾器5的出口依次連接冷凝器6和儲罐7，儲罐7連接支路匯合點且在連接管路上依次設置有第一注入栗
11、第一壓力傳感器12、第一流量計13和第一止回閥14，
[0008]第二條支路包括盛液容器15，盛液容器15連接活塞容器19且在連接管路上依次設置第二注入栗17和第二流量計18，活塞容器19連接支路匯合點且在連接管路上依次設置有第二壓力傳感器20和第二止回閥21;
[0009]兩條支路匯合后再依次連接中間容器23和循環(huán)回路43，其中支路匯合點與中間容器23之間管路上設置有安全閥22，中間容器23與循環(huán)回路43之間管路上依次設置有第三壓力傳感器24、第七閥25、柱塞栗26、第三止回閥27和第八閥28。
[0010]所述第一氣瓶I與過濾器5入口之間的連接管道上設置有第一閥3，所述第二氣瓶2與過濾器5入口之間的連接管道上設置有第二閥4，所述盛液容器15與第二注入栗17之間的連接管道上設置有第六閥16。
[0011 ]所述冷凝器6和儲罐7并聯(lián)后再串接有第三閥8，儲罐7的出口同時連接有并聯(lián)的第四閥9和第五閥10，其中第五閥10設置在儲罐7與第一注入栗11之間的連接管路上。
[0012]所述中間容器23內設置有攪拌器，用于攪拌壓裂液使其均勻，外部設置有溫度可調的加熱套，用于控制壓裂液的溫度。
[0013]所述循環(huán)回路43由螺桿栗29、第四壓力傳感器30、溫度傳感器31、觀測容器32、第五壓力傳感器37、螺旋管38和第九閥39依次連接而成，其中第九閥39和螺桿栗29的交匯處連接第八閥28。
[0014]所述觀測容器32入口設置有第十一閥42，用于放空及殘液的排放，出口依次連接有第十閥40和真空栗41。
[0015]所述觀測容器32安裝有帶有刻度的透視窗33，且內部設置有大小合適的旋轉勺34、上篩網(wǎng)35和下篩網(wǎng)36。
[0016]裝置中所有連接管路均采用316L管路，以防CO2對管路的酸性腐蝕;且連接中間容器23到觀測容器32之間的所有管路，用保溫材料纏繞包裹。
[0017]本實用新型還提供了基于所述壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)的測試方法，包括動態(tài)懸砂能力和靜態(tài)懸砂能力的測試，其中:
[0018]CO2無水壓裂液動態(tài)懸砂能力測試方法步驟:
[0019]步驟11，組裝實驗設備，第一氣瓶I或第二氣瓶2中為⑶2氣體，在旋轉勺34中放入適量的支撐劑，安裝在觀測容器32中，將添加劑放入活塞容器19中，對中間容器23和螺旋管38設定實驗溫度；
[0020]步驟12，抽真空檢測實驗裝置密封性；
[0021]步驟13，向中間容器23中注入實驗設定配比的液態(tài)CO2和添加劑；
[0022]步驟14，向觀測容器32中注入CO2無水壓裂液；
[0023]步驟15，循環(huán)CO2無水壓裂液，加支撐劑，觀測動態(tài)懸砂效果；
[0024]步驟16，實驗后處理，排出殘液，清洗管路和設備；
[0025]步驟17，改變實驗設定的添加劑配比、溫度、壓力或排量，重復以上步驟，可以得到不同情況下CO2無水壓裂液的懸砂效果，利用支撐劑通過同一距離所用的時間來表征壓裂液在該實驗條件下的動態(tài)懸砂能力，通過對比分析，得到CO2無水壓裂液動態(tài)懸砂能力最強時的溫度、壓力和排量條件；
[0026]CO2無水壓裂液靜態(tài)懸砂能力測試方法步驟:
[0027]步驟21，組裝實驗設備，第一氣瓶I或第二氣瓶2中為⑶2氣體，在旋轉勺34中放入適量的支撐劑，安裝在觀測容器32中，將添加劑放入活塞容器19中，對中間容器23和螺旋管38設定實驗溫度；
[0028]步驟22，抽真空檢測實驗裝置密封性；
[0029]步驟23，向中間容器23中注入實驗設定配比的液態(tài)CO2和添加劑；
[0030]步驟24，向觀測容器32中注入CO2無水壓裂液；
[0031 ]步驟25，加支撐劑，觀測靜態(tài)懸砂效果。
[0032]步驟26，實驗后處理，排出殘液，清洗管路和設備。
[0033]步驟27，改變實驗設定的添加劑配比、溫度或壓力，重復以上步驟，可以得到不同情況下CO2無水壓裂液的懸砂效果，利用支撐劑的沉降時間來表征壓裂液在該實驗條件下的靜態(tài)懸砂能力，通過對比分析，得到CO2無水壓裂液靜態(tài)懸砂能力最強時的溫度和壓力條件。
[0034]本實用新型可以測試CO2泡沫壓裂液、清水壓裂液等其他類型壓裂液的懸砂能力。測試CO2泡沫壓裂液懸砂能力時只需把上述實驗中活塞容器19中的添加劑換成水和適量的添加劑，其他步驟與上述一致;測試清水壓裂液懸砂能力時，在活塞容器19中放入配好的清水壓裂液，直接注入到中間容器23中，無需使用另一條支路，其他步驟與上述一致。
[0035]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)勢是:
[0036](I)本實用新型專用于測試不同添加劑配比下的CO2無水壓裂液在不同溫度、不同壓力、不同排量情況下的動態(tài)懸砂能力和靜態(tài)懸砂能力。同時還可以利用該實驗裝置測試CO2泡沫壓裂液、清水壓裂液等其他類型壓裂液的懸砂能力，也可用落球法測定各種壓裂液的粘度。
[0037](2)本實用新型的第一注入栗10和第二注入栗17，不僅可以為系統(tǒng)管路起到增壓的作用，還可以根據(jù)需要，選擇適當規(guī)格型號，設定排量，調節(jié)栗的流量。
[0038](3)本實用新型利用活塞容器19向管路中注入壓裂液添加劑等藥品，是為了防止添加劑對栗造成傷害。
[0039](4)本實用新型的中間容器23密封性好且可拆卸，內部設置有攪拌器，用于攪拌壓裂液使其均勻，外部設置有可以調節(jié)溫度的加熱套，用于控制壓裂液的溫度。
[0040](5)本實用新型的螺桿栗29、第四壓力傳感器30、溫度傳感器31、觀測容器32、第五壓力傳感器37、螺旋管38和第九閥39構成一個循環(huán)回路43，能夠使壓裂液與支撐劑充分接觸，螺旋管38可以控制管路的溫度。
[0041](6)本實用新型的觀測容器32安裝有帶有刻度的透視窗33，便于觀測容器32內壓裂液的懸砂情況，且內部設置有旋轉勺34、上篩網(wǎng)35和下篩網(wǎng)36，旋轉勺34用于加入支撐劑，尺寸適當，不會影響支撐劑在壓裂液中的運移，上篩網(wǎng)35和下篩網(wǎng)36用于防止支撐劑進入管路中，對管路閥門功能造成傷害。
[0042](7)本實用新型的觀測容器32的出口安裝有真空栗41，用于實驗前對裝置進行抽真空，可以檢測裝置密封性，排除空氣對實驗的干擾。
[0043](8)本實用新型裝置中所有連接管路均采用316L管路，以防⑶^寸管路的酸性腐蝕;且連接中間容器23到觀測容器32之間的所有管路，用保溫材料纏繞包裹，便于防止熱量傳遞、散失等引起的測試誤差。
【附圖說明】
[0044]圖1是本實用新型結構不意圖。
【具體實施方式】
[0045]下面結合附圖和實施例詳細說明本實用新型的實施方式。
[0046]如圖1所示，一種壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，包括第一氣瓶I和第二氣瓶2，均與過濾器5的入口連接，過濾器5的出口依次連接有冷凝器6、儲罐7、第一注入栗11、第一壓力傳感器12、第一流量計13和第一止回閥14，然后匯合另一條依次連接有盛液容器15、第二注入栗17、第二流量計18、活塞容器19、第二壓力傳感器20和第二止回閥21的支路，兩條支路匯合處依次連接有安全閥22、中間容器23、第三壓力傳感器24、第七閥25、柱塞栗26、第三止回閥27、第八閥27和循環(huán)回路43，其中:
[0047]第一氣瓶I和第二氣瓶2分別通過第一閥3和第二閥4與過濾器5的入口連接，第一氣瓶I和第二氣瓶2能夠根據(jù)需要靈活選擇氣瓶接入數(shù)量，存放時應將氣瓶瓶口向下傾斜存放，便于穩(wěn)定地存儲與輸出氣體。過濾器5的作用是除去原始氣體中的雜質，提純獲得高純度氣體，以防對實驗效果造成影響。過濾器5的出口依次連接有冷凝器6、儲罐7、第一注入栗11、第一壓力傳感器12、第一流量計13和第一止回閥14，第一止回閥14可以防止流體倒流。
[0048]冷凝器6和儲罐7并聯(lián)后再串接有第三閥8，儲罐7的出口同時連接有第四閥9和第五閥10，其中第五閥10依次連接第一注入栗11、第一壓力傳感器12、第一流量計13和第一止回閥14。第一注入栗11可以根據(jù)需要，選擇適當規(guī)格型號，設定排量，能夠調節(jié)栗的流量。
[0049]盛液容器15通過第六閥16與第二注入栗17連接，第二注入栗17可以根據(jù)需要，選擇適當規(guī)格型號，設定排量，能夠調節(jié)栗的流量。第二注入栗17依次連接第二流量計18、活塞容器19、第二壓力傳感器20和第二止回閥21，第二止回閥21可以防止流體倒流。利用活塞容器19向管路中注入添加劑，防止添加劑對栗造成傷害。
[0050]中間容器23密封性好且可拆卸，內部設置有攪拌器，用于攪拌壓裂液使其均勻，外部設置有可以調節(jié)溫度的加熱套，用于控制壓裂液的溫度。
[0051]循環(huán)回路43由螺桿栗29、第四壓力傳感器30、溫度傳感器31、觀測容器32、第五壓力傳感器37、螺旋管38和第九閥39依次連接而成，其中第九閥39和螺桿栗29的交匯處連接至第八閥28。循環(huán)回路43能夠使壓裂液與支撐劑充分接觸，螺旋管38可以控制管路的溫度。
[0052]觀測容器32入口設置有第^^一閥42，用于放空及殘液的排放，出口依次連接有第十閥40和真空栗41。
[0053]觀測容器32安裝有帶有刻度的透視窗33，便于觀測容器32內壓裂液的懸砂情況，且內部設置有旋轉勺34、上篩網(wǎng)35和下篩網(wǎng)36。旋轉勺34用于加入支撐劑，尺寸適當，不會影響支撐劑在壓裂液中的運移，上篩網(wǎng)35和下篩網(wǎng)36用于防止支撐劑進入管路中，對管路閥門功能造成傷害。
[0054]本實用新型裝置中所有連接管路均采用316L管路，以防CO2對管路的酸性腐蝕;且連接中間容器23到觀測容器32之間的所有管路，用保溫材料纏繞包裹。
[0055]本實用新型提供根據(jù)前述CO2無水壓裂液動態(tài)懸砂能力和靜態(tài)懸砂能力的測試方法，包括以下的實驗步驟:
[0056]CO2無水壓裂液動態(tài)懸砂能力測試方法步驟:
[0057]步驟I，按照圖1的實驗裝置圖組裝實驗設備，第一氣瓶I或第二氣瓶2中為CO2氣體，在旋轉勺34中放入支撐劑，安裝在觀測容器32中，將添加劑放入活塞容器19中，對中間容器23和螺旋管38設定實驗溫度。
[0058]步驟2，抽真空檢測實驗裝置密封性。
[0059]打開第五閥10、第七閥25、第八閥28、第九閥39和第十閥40，啟動真空栗41對整個系統(tǒng)進行抽真空，結束后關閉真空栗41和第十閥40，如果各壓裂傳感器的示數(shù)為O左右，并且一段時間之后其示數(shù)沒有上升，則裝置的密封性良好，關閉第五閥10、第七閥25、第八閥28和第九閥39。
[0060]步驟3，向中間容器23中注入實驗設定配比的液態(tài)CO2和添加劑。
[0061 ]打開第一閥3或第二閥4，將CO2氣體通入冷凝器6中冷凝呈液態(tài)儲存在儲罐7中，打開第五閥10，利用第一注入栗11將液態(tài)ω2注入中間容器23中，同時，打開第六閥16，利用第二注入栗17將盛液容器15中的液體栗入活塞容器19中，從而使活塞容器19中的添加劑注入中間容器23中。關閉第二閥4、第五閥10、第六閥16，用攪拌器攪拌⑶2液體和添加劑使之混合均勻。
[0062]步驟4，向觀測容器32中注入CO2無水壓裂液。
[0063]打開第七閥25、第八閥28和第九閥39，利用柱塞栗26將中間容器23中混合好的CO2無水壓裂液栗入循環(huán)回路43中，當?shù)谒膲毫鞲衅?0和第五壓力傳感器37達到實驗設定壓力時，關閉第七閥25、柱塞栗26和第八閥28。
[0064]步驟5，循環(huán)CO2無水壓裂液，加支撐劑，觀測動態(tài)懸砂效果。
[0065]啟動螺桿栗29，使CO2無水壓裂液在循環(huán)回路43中循環(huán)流動，流動穩(wěn)定后，轉動旋轉勺34，將支撐劑加入CO2無水壓裂液中，利用帶有刻度的透視窗33觀測壓裂液的動態(tài)懸砂效果，待循環(huán)回路43的溫度、壓力和排量都達到穩(wěn)定時，記錄支撐劑運移一段距離所需的時間。
[0066]步驟6，實驗后處理，排出殘液，清洗管路和設備。
[0067]實驗結束后，關閉螺桿栗29，緩慢打開第十一閥42，將管路和觀測容器32中的殘液排除，打開第五閥10、第七閥25和第八閥28，將活塞容器19中的添加劑換成清水，打開第六閥16和第二注入栗17，將活塞容器19中的清水注入管路中，進行清洗。清洗后，打開第三閥8和第四閥9，對系統(tǒng)進行放空。放空后，拆卸觀測容器32，取出支撐劑，對內部設備進行清洗。
[0068]步驟7，改變實驗設定的添加劑配比、溫度、壓力或排量，重復以上步驟，可以得到不同情況下CO2無水壓裂液的懸砂效果，利用支撐劑通過同一距離所用的時間來表征壓裂液在該實驗條件下的動態(tài)懸砂能力，通過對比分析，可以得到CO2無水壓裂液動態(tài)懸砂能力最強時的溫度、壓力和排量條件。
[0069]CO2無水壓裂液靜態(tài)懸砂能力測試方法步驟:
[0070]步驟1、步驟2、步驟3和步驟4與上述一致。
[0071 ]步驟5，加支撐劑，觀測靜態(tài)懸砂效果。
[0072]壓裂液靜止且循環(huán)回路43的溫度、壓力都達到穩(wěn)定時，轉動旋轉勺34，將支撐劑加入CO2無水壓裂液中，利用帶有刻度的透視窗33觀測壓裂液的靜態(tài)懸砂效果，記錄支撐劑沉降所需的時間。
[0073]步驟6，實驗后處理，排出殘液，清洗管路和設備。
[0074]實驗結束后，緩慢打開第十一閥42，將管路和觀測容器32中的殘液排除，打開第五閥10、第七閥25和第八閥28，將活塞容器19中的添加劑換成清水，打開第六閥16和第二注入栗17，將活塞容器19中的清水注入管路中，進行清洗。清洗后，打開第三閥8和第四閥9，對系統(tǒng)進行放空。放空后，拆卸觀測容器32，取出支撐劑，對內部設備進行清洗。
[0075]步驟7，改變實驗設定的添加劑配比、溫度或壓力，重復以上步驟，可以得到不同情況下CO2無水壓裂液的懸砂效果，利用支撐劑的沉降時間來表征壓裂液在該實驗條件下的靜態(tài)懸砂能力，通過對比分析，可以得到CO2無水壓裂液靜態(tài)懸砂能力最強時的溫度和壓力條件。
[0076]本實用新型可以測試CO2泡沫壓裂液、清水壓裂液等其他類型壓裂液的懸砂能力。測試CO2泡沫壓裂液懸砂能力時只需把上述實驗中活塞容器19中的添加劑換成水和適量的添加劑，其他步驟與上述一致;測試清水壓裂液懸砂能力時，在活塞容器19中放入配好的清水壓裂液，直接注入到中間容器23中，無需使用另一條支路，其他步驟與上述一致。
【主權項】
1.一種壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，包括兩條支路，其特征在于: 第一條支路包括均與過濾器(5)入口連接的第一氣瓶(I)和第二氣瓶(2)，過濾器(5)的出口依次連接冷凝器(6)和儲罐(7)，儲罐(7)連接支路匯合點且在連接管路上依次設置有第一注入栗(11)、第一壓力傳感器(12)、第一流量計(13)和第一止回閥(14)， 第二條支路包括盛液容器(15)，盛液容器(15)連接活塞容器(19)且在連接管路上依次設置第二注入栗(17)和第二流量計(18)，活塞容器(19)連接支路匯合點且在連接管路上依次設置有第二壓力傳感器(20)和第二止回閥(21); 兩條支路匯合后再依次連接中間容器(23)和循環(huán)回路(43)，其中支路匯合點與中間容器(23)之間管路上設置有安全閥(22)，中間容器(23)與循環(huán)回路(43)之間管路上依次設置有第三壓力傳感器(24)、第七閥(25)、柱塞栗(26)、第三止回閥(27)和第八閥(28)。2.根據(jù)權利要求1所述壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，其特征在于，所述第一氣瓶(I)與過濾器(5)入口之間的連接管道上設置有第一閥(3)，所述第二氣瓶(2)與過濾器(5)入口之間的連接管道上設置有第二閥(4)，所述盛液容器(15)與第二注入栗(17)之間的連接管道上設置有第六閥(16)。3.根據(jù)權利要求1所述壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器(6)和儲罐(7)并聯(lián)后再串接有第三閥(8 )，儲罐(7)的出口同時連接有并聯(lián)的第四閥(9)和第五閥(10)，其中第五閥(10)設置在儲罐(7)與第一注入栗(11)之間的連接管路上。4.根據(jù)權利要求1所述壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，其特征在于，所述中間容器(23)內設置有攪拌器，用于攪拌壓裂液使其均勻，外部設置有溫度可調的加熱套，用于控制壓裂液的溫度。5.根據(jù)權利要求1所述壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)回路(43)由螺桿栗(29)、第四壓力傳感器(30)、溫度傳感器(31)、觀測容器(32)、第五壓力傳感器(37)、螺旋管(38)和第九閥(39)依次連接而成，其中第九閥(39)和螺桿栗(29)的交匯處連接第八閥(28)。6.根據(jù)權利要求5所述壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，其特征在于，所述觀測容器(32)入口設置有第十一閥(42)，用于放空及殘液的排放，出口依次連接有第十閥(40)和真空栗(41)。7.根據(jù)權利要求5所述壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，其特征在于，所述觀測容器(32)安裝有帶有刻度的透視窗(33)，且內部設置有大小合適的旋轉勺(34)、上篩網(wǎng)(35)和下篩網(wǎng)(36)。8.根據(jù)權利要求1所述壓裂液懸砂能力測試系統(tǒng)，其特征在于，裝置中所有連接管路均采用316L管路，以防CO2對管路的酸性腐蝕;且連接中間容器(23)到觀測容器(32)之間的所有管路，用保溫材料纏繞包裹。
【文檔編號】G01N33/26GK205484337SQ201620218291
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】張健, 郜時旺, 張國祥, 荊鐵亞, 王金意
【申請人】中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司, 中國華能集團公司