一种二氧化碳压裂液节流系数的测试装置及方法与流程

1.本发明涉及非常规油气开采技术领域，具体为一种二氧化碳压裂液节流系数的测试装置及方法。


背景技术：

2.在油气层开采领域，油井开采一定阶段后，其产能、渗透率会有所降低，为了进一步提高产能，会采用压裂工艺技术。而压裂的方法可分为，水力压裂和高能气体压裂两大类。其中，采用co2压裂方法，能够降低进入油气层的液体量，压裂过程中，具有粘度高、携砂性能好的特点，而采用co2泡沫压裂技术，其压裂效果更好；但，由于不同油气层的内部岩层结构差异较大，因此，需对co2压裂液经导管进入岩层后，其流动过程中的压力、温度的变化进行测试，以便得出真实、精确的co2压裂液的节流系数，并记录，便于后续对进入岩层的co2压裂液的动力进行调节，以便充分对岩层进行压裂。但现有的针对co2压裂液节流系数的测试装置，其测试所处环境得到的节流系数与实际co2‑
压裂液流通过程中的节流系数偏差较大，其仅通过压力的改变对co2压裂液的节流系数进行测试，致使应用到实际过程中，co2压裂液进入岩层后，导致co2压裂液的增压不足，进而未能充分的对岩层进行压裂，后续再次进行增压调节过程中，较为复杂。
3.因此，本领域技术人员提供了一种二氧化碳压裂液节流系数的测试装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种二氧化碳压裂液节流系数的测试装置，其包括液态二氧化碳注入装置、压裂液基液注入装置、支撑剂注入装置、第一模拟测试箱以及混合起泡罐，所述液态二氧化碳注入装置、压裂液基液注入装置、支撑剂注入装置分别通过第一导入管、第二导入管、第三导入管与混合起泡罐相连通，其连通端面均位于混合起泡罐靠上端侧罐壁处，且所述混合起泡罐内部安装有起泡组件；
5.所述第一模拟测试箱中设有模拟井道，呈十字结构，将其内部空间分隔为四组测试室，每组所述测试室内部设有岩层样本，且所述模拟井道内部安装有测试装置；
6.所述测试装置左、右、下侧端分别通过第一回流管、第二回流管、第三回流管与混合起泡罐相连通。
7.作为本发明的一种优选技术方案，所述第一导入管上安装有第一计量控制阀，所述第一回流管上安装有第一计量控制阀；
8.且位于所述第一计量控制阀与混合起泡罐之间的第一回流管上安装有第一补压泵。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述第二导入管上安装有第二计量控制阀，所述第二回流管上安装有第二计量控制阀；
10.且位于所述第二计量控制阀与混合起泡罐之间的第二回流管上安装有第二补压
泵。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述第三导入管上安装有第三计量控制阀，所述第三回流管上安装有第三计量控制阀；
12.且位于所述第三计量控制阀与混合起泡罐之间的第三回流管上安装有第二补压泵。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述起泡组件包括电机一，所述电机一固定在混合起泡罐上端罐壁上，其输出端固定有旋转箱，所述旋转箱设置于混合起泡罐内部上方，并与其内侧罐壁转动连接；
14.所述旋转箱内部安装有电机二，呈圆周排列设置多组，其输出端均安装有纵向的搅拌架件；
15.位于中心的所述搅拌架件下端固定锥形螺旋扇叶。
16.作为本发明的一种优选技术方案，一组所述搅拌架件包括搅拌支架，所述搅拌支架上端与电机二输出端相固定，其结构为，呈圆周排列设置四组的支柱杆组成的柱形搅拌支架；
17.所述搅拌支架中安装有水平的漏料监测板，沿所述支柱杆底端至上端方向线性排列设置四组，每组所述漏料监测板上方的空腔为搅拌腔室，其最上层的所述搅拌腔室上端为进料口，且每组所述漏料监测板上均安装有泡沫计量元件；
18.由上至下层所述搅拌腔室中交替安装有叉形架、柱形架。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述第一模拟测试箱包括补压元件、温控元件以及分流箱，所述补压元件设置在第一模拟测试箱箱角端处，所述温控元件夹设在第一模拟测试箱侧箱壁中；
20.所述分流箱位于第一模拟测试箱箱内中心，其上端通过管道与混合起泡罐相连通，其左、右、下侧端均安装有射孔，并通过管道连接，左、右、下侧端所述射孔分别通过管道与第一回流管、第二回流管、第三回流管相连通；
21.所述射孔两端均安装有压力监测元件、温度监测元件。
22.一种二氧化碳压裂液节流系数的测试方法，其包括以下步骤：
23.s1：取同一岩层块，将其分割成四组大小相同的岩层样本，将其放入第一模拟测试箱中测试室中，由补压元件、温控元件调控第一模拟测试箱内部压力、温度，与岩层块所处地壳中的压力、温度一致，且第一计量控制阀、第二计量控制阀、第三计量控制阀均为关闭状态；
24.s2：打开第一计量控制阀、第二计量控制阀、第三计量控制阀，分别由液态二氧化碳注入装置、压裂液基液注入装置、支撑剂注入装置向混合起泡罐中注入设定好一定的恒温恒压恒速的液态二氧化碳、压裂液基液、支撑剂，启动电机一、电机二配合运行，通过起泡组件对进入的液态二氧化碳、压裂液基液、支撑剂进行混合搅拌起泡，并通过压力泵将混合物引入分流箱中；
25.s3：由射孔将混合物喷射入岩层样本中，其中，混合物流经射孔，射孔未启动喷射，由射孔流入端、流出端的压力监测元件测定混合物流体压力p1、p2，温度监测元件测定混合物流体温度t1、t2，混合物流经射孔，射孔启动喷射，由射孔流入端、流出端的压力监测元件测定混合物流体压力p3、p4，温度监测元件测定混合物流体温度t3、t4，其中，射孔未喷射时
的节流系数cv1为t1与t2的差值除以p1与p2的差值，射孔喷射时的节流系数为cv2为t3与t4的差值除以p3与p4的差值；
26.s4：打开第一计量控制阀、第二计量控制阀、第三计量控制阀，同时，由第一补压泵、第二补压泵、第三补压泵调整引导经其流出的混合物的压力与流经压力泵的压力保持一致，形成循环流动，此时，再次由压力监测元件、温度监测元件重复s2中的测定方法进行测定；
27.s5：再次将第一计量控制阀、第二计量控制阀、第三计量控制阀均为关闭状态，对s2步骤中的支撑剂的注入量进行增加，同时，相应降低液体二氧化碳的注入量，其降低值等于支撑剂的绝对注入量，使内相和外相保持平衡，对采用恒定内相施工方式进行压裂的方法，重复s2步骤中的测定方法进行测定计算相应的节流系数；
28.s6：再次打开第一计量控制阀、第二计量控制阀、第三计量控制阀，重复s4步骤中，循环流动时，测定计算相应的节流系数。
29.作为本发明的一种优选技术方案，所述起泡组件中泡沫计量元件监测混合起泡罐内部的泡沫质量是否达到60％至80％时，并提高所述起泡组件中电机一、电机二的运行速率。
30.与现有技术相比，本发明提供了一种二氧化碳压裂液节流系数的测试装置及方法，具备以下有益效果：
31.1、本发明中能够对同层岩层样本及临界岩层样本进行测定，从而测出不同岩层中二氧化碳压裂液节流系数测定，通过调控第一模拟测试箱内部压力、温度真实模拟岩层样本实际所处岩层所受的压力、温度，使得所测数据更加有效、更贴近真实数据，其中，同层测定时，将岩层样本分隔四组，并通过设置横向、纵向的测试装置，真实还原了二氧化碳压裂液输送管道的位置，与现有的测试装置相比，其节流系数的测定值更加精确，且清晰准确的知道所测位置对应的节流系数，对后续压裂液管道的安装、设定以及改善，提供保障，且能通过增添第一模拟测试箱的数量，对相邻岩层临界面进行测试更加便捷，提高测试效率。
32.2、本发明中通过设置三组注入装置，分别为液态二氧化碳注入装置、压裂液基液注入装置、支撑剂注入装置，先以恒温恒压恒速的形式，将其注入混合起泡罐中混合起泡，充分还原二氧化碳压裂液实际流动过程中的形态，并通过泡沫计量元件对混合后的泡沫质量进行计量，有利于实时监测压力液的混合状况，并作出及时调整，将其导入射孔，先测定射孔未喷射时，流入和流出端的温度差值、压力差值，再测定射孔喷射时，流入和流出端的温度差值、压力差值，以及处在循环状态下，再次重复上述步骤进行测定，将二氧化碳压裂液的流动过程进行真实模拟，再通过增加支撑剂注入量、降低二氧化碳压裂液注入量，能够针对二氧化碳压裂方式中泡沫压裂方法中的恒定内相施工方式进行测试，进一步提高不同方法中采用的不同方式结构，对二氧化碳压裂液节流系数的测定，进一步提高数据的有效真实性；
33.3、本发明中，在循环测定过程中，将混合后的混合液直接流入混合起泡罐中，进一步加快了测定效率，且通过测定最后的液态二氧化碳注入装置、压裂液基液注入装置、支撑剂注入装置各自的质量，并与初始质量相比较，并通过观测岩层样本的压裂状况，能够得出注入压裂液的最佳温度及压力。
附图说明
34.图1为本发明的管件端部修整机结构示意图；
35.图2为本发明的传送机构结构放大示意图；
36.图3为本发明的清洁组件结构放大示意图；
37.图中：1、液态二氧化碳注入装置；2、压裂液基液注入装置；3、支撑剂注入装置；4、第一模拟测试箱；5、混合起泡罐；6、起泡组件；7、压力泵；8、第二模拟测试箱；101、第一导入管；102、第一计量控制阀；103、第一回流管；104、第一补压泵；105、第一计量控制阀；201、第二导入管；202、第二计量控制阀；203、第二回流管；204、第二补压泵；205、第二计量控制阀；301、第三导入管；302、第三计量控制阀；303、第三回流管；304、第三补压泵；305、第三计量控制阀；401、补压元件；402、温控元件；403、岩层样本；404、模拟井道；405、分流箱；406、射孔；407、压力监测元件；408、温度监测元件；61、电机一；62、旋转箱；63、电机二；64、搅拌架件；65、锥形螺旋扇叶；66、叉形架；67、漏料监测板；68、柱形架；69、搅拌支架。
具体实施方式
38.参照图1
‑
3，本发明提供一种技术方案：一种二氧化碳压裂液节流系数的测试装置，其包括液态二氧化碳注入装置1、压裂液基液注入装置2、支撑剂注入装置3、第一模拟测试箱4以及混合起泡罐5，所述液态二氧化碳注入装置1、压裂液基液注入装置2、支撑剂注入装置3分别通过第一导入管101、第二导入管201、第三导入管301与混合起泡罐5相连通，其连通端面均位于混合起泡罐5靠上端侧罐壁处，且所述混合起泡罐5内部安装有起泡组件6；
39.所述第一模拟测试箱4中设有模拟井道404，呈十字结构，将其内部空间分隔为四组测试室，每组所述测试室内部设有岩层样本403，且所述模拟井道404内部安装有测试装置；
40.所述测试装置左、右、下侧端分别通过第一回流管103、第二回流管203、第三回流管303与混合起泡罐5相连通；
41.作为最佳实施例，本装置中，通过增加第一模拟测试箱的数量，如在其右侧加装一组测试箱为第二模拟测试箱，对临界面岩层样本进行二氧化碳压裂液压裂时的节流系数的测定，其中，左侧管道与第一模拟测试箱右侧管道相连通，其右、下、上侧管道均汇入一组管道，并与混合起泡罐相连通，且第一模拟测试箱、第二模拟测试箱共同运行时，则关闭第二计量控制阀202，进一步测出更多、不同岩层中二氧化碳压裂液的节流系数测定的数据，从而提高测定数据的精确性。
42.本实施例中，所述第一导入管101上安装有第一计量控制阀105，所述第一回流管103上安装有第一计量控制阀102；
43.且位于所述第一计量控制阀102与混合起泡罐5之间的第一回流管103上安装有第一补压泵104。
44.本实施例中，所述第二导入管201上安装有第二计量控制阀205，所述第二回流管203上安装有第二计量控制阀202；
45.且位于所述第二计量控制阀202与混合起泡罐5之间的第二回流管203上安装有第二补压泵204。
46.本实施例中，所述第三导入管301上安装有第三计量控制阀305，所述第三回流管
303上安装有第三计量控制阀302；
47.且位于所述第三计量控制阀302与混合起泡罐5之间的第三回流管303上安装有第二补压泵304。
48.本实施例中，所述起泡组件6包括电机一61，所述电机一61固定在混合起泡罐5上端罐壁上，其输出端固定有旋转箱62，所述旋转箱62设置于混合起泡罐5内部上方，并与其内侧罐壁转动连接；
49.所述旋转箱62内部安装有电机二63，呈圆周排列设置多组，其输出端均安装有纵向的搅拌架件64；
50.位于中心的所述搅拌架件下端固定锥形螺旋扇叶65；
51.通过螺旋扇叶的旋转能够加速混合物的流出，且呈旋涡式流出，提高混合物流出的流畅性。
52.本实施例中，一组所述搅拌架件包括搅拌支架69，所述搅拌支架69上端与电机二63输出端相固定，其结构为，呈圆周排列设置四组的支柱杆组成的柱形搅拌支架69；
53.所述搅拌支架69中安装有水平的漏料监测板67，沿所述支柱杆底端至上端方向线性排列设置四组，每组所述漏料监测板67上方的空腔为搅拌腔室，其最上层的所述搅拌腔室上端为进料口，且每组所述漏料监测板上均安装有泡沫计量元件；
54.由上至下层所述搅拌腔室中交替安装有叉形架66、柱形架68；
55.作为最佳实施例，通过叉形架的搅拌，配合自身旋转搅拌，且由上层向下层传递时，以一次搅拌、一次引流交替运行，提高混合物的起泡效率，此中，设置纵向的柱形架能够促进泡沫状混合物向下流动，交替式设置，又相对延长搅拌时间，进而提高混合物的起泡品质。
56.本实施例中，所述第一模拟测试箱4包括补压元件401、温控元件402以及分流箱405，所述补压元件401设置在第一模拟测试箱4箱角端处，所述温控元件402夹设在第一模拟测试箱4侧箱壁中；
57.所述分流箱405位于第一模拟测试箱4箱内中心，其上端通过管道与混合起泡罐相连通，其左、右、下侧端均安装有射孔406，并通过管道连接，左、右、下侧端所述射孔406分别通过管道与第一回流管103、第二回流管203、第三回流管303相连通；
58.所述射孔406两端均安装有压力监测元件407、温度监测元件408。
59.一种二氧化碳压裂液节流系数的测试方法，其包括以下步骤：
60.s1：取同一岩层块，将其分割成四组大小相同的岩层样本，将其放入第一模拟测试箱中测试室中，由补压元件、温控元件调控第一模拟测试箱内部压力、温度，与岩层块所处地壳中的压力、温度一致，且第一计量控制阀、第二计量控制阀、第三计量控制阀均为关闭状态；
61.s2：打开第一计量控制阀、第二计量控制阀、第三计量控制阀，分别由液态二氧化碳注入装置、压裂液基液注入装置、支撑剂注入装置向混合起泡罐中注入设定好一定的恒温恒压恒速的液态二氧化碳、压裂液基液、支撑剂，启动电机一、电机二配合运行，通过起泡组件对进入的液态二氧化碳、压裂液基液、支撑剂进行混合搅拌起泡，并通过压力泵将混合物引入分流箱中；
62.s3：由射孔将混合物喷射入岩层样本中，其中，混合物流经射孔，射孔未启动喷射，
由射孔流入端、流出端的压力监测元件测定混合物流体压力p1、p2，温度监测元件测定混合物流体温度t1、t2，混合物流经射孔，射孔启动喷射，由射孔流入端、流出端的压力监测元件测定混合物流体压力p3、p4，温度监测元件测定混合物流体温度t3、t4，其中，射孔未喷射时的节流系数cv1为t1与t2的差值除以p1与p2的差值，射孔喷射时的节流系数为cv2为t3与t4的差值除以p3与p4的差值；
63.s4：打开第一计量控制阀、第二计量控制阀、第三计量控制阀，同时，由第一补压泵、第二补压泵、第三补压泵调整引导经其流出的混合物的压力与流经压力泵的压力保持一致，形成循环流动，此时，再次由压力监测元件、温度监测元件重复s2中的测定方法进行测定；
64.s5：再次将第一计量控制阀、第二计量控制阀、第三计量控制阀均为关闭状态，对s2步骤中的支撑剂的注入量进行增加，同时，相应降低液体二氧化碳的注入量，其降低值等于支撑剂的绝对注入量，使内相和外相保持平衡，对采用恒定内相施工方式进行压裂的方法，重复s2步骤中的测定方法进行测定计算相应的节流系数；
65.s6：再次打开第一计量控制阀、第二计量控制阀、第三计量控制阀，重复s4步骤中，循环流动时，测定计算相应的节流系数。
66.本实施例中，所述起泡组件中泡沫计量元件监测混合起泡罐内部的泡沫质量是否达到60％至80％时，并提高所述起泡组件中电机一、电机二的运行速率。
67.以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。