CN102661910A - 一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置及其工作方法，该装置包括泵、加温装置、管道、管柱和人工模拟裂缝，在所述管柱的两端分别设置有阀门（1）和阀门（2），在人工模拟裂缝的左端设置有阀门（3）和阀门（4），在人工模拟裂缝的右端设置有阀门（5）；所述泵与加温装置通过管道相连通，所述加温装置的出液口通过三通管分别与管柱的阀门（1）和人工模拟裂缝的阀门（3）相连，所述阀门（2）和阀门（5）分别与三通管的2个进液口相连，在三通管的出液口处设置有阀门（6）。本发明精确模拟了压裂时的不同粘度、不同含砂量及不同流速下的压裂液及生产时的不同地层流体在不同裂缝宽度、不同的裂缝壁面粗糙度及不同缝内滤失量等情况下的摩阻。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量流体在压裂裂缝内所受摩阻的实验装置及其工作方法，属于油气田开发的技术领域。
背景技术
在水力压裂过程中及压裂后，压裂液和地层流体在裂缝中所受摩阻的大小对有效制定压裂施工方案及压裂产能预测有着重要的作用。压裂过程中，压裂液经泵输送入裂缝，压裂液的粘度、含砂量、及流速不同，其在裂缝中受到的摩阻不同；压裂结束后，地层流体通过裂缝流入井筒，不同的地层流体，其组分不同，在裂缝中受到的摩阻也不同；且裂缝的滤失性及压裂后形成的不同裂缝宽度及裂缝壁面粗糙度对流体皆有影响。因此，准确测量不同流体在不同的裂缝情况下所受摩阻大小对压裂施工及压后评价有重要影响。
《科技咨询导报》2007年第30期中记载了一篇《水力压裂裂缝转向摩阻计算模型研究及应用》文章，作者分别为李建勋、张跃武和罗天雨，该文章主要研究的是裂缝转向产生的摩阻，而对整个裂缝段的摩阻没有详尽的分析。
《岩石力学与工程学报》2010年第S1期中记载了一篇《油井水力压裂摩阻计算和井口压力预测》文章，作者分别为刘合、张广明、张劲、彪仿俊、吴恒安和王秀喜，该文章主要是对水力压裂过程中射孔孔眼摩阻和管柱沿程摩阻计算方法进行分析。列出射孔孔眼摩阻计算公式并讨论其中的各个影响因素，给出压裂液密度和孔眼流量系数的计算公式，提出新的孔眼直径计算公式，而对裂缝摩阻没有研究。
目前，公知的测量流体沿程摩阻的装置主要是用于测量流体在管汇中的摩阻，流体在管汇中所受摩阻与在裂缝中所受摩阻差别很大，而在裂缝中所受的摩阻没有有效的方法测量，现场进行摩阻计算时常凭经验，有时与实际情况不相符，而不同情况下流体在裂缝中所受摩阻的大小对增产措施方案的制定及效果预测有重要的影响。
发明内容
针对以上的技术不足，本发明提供一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置，实现测量不同类别的流体在压裂裂缝内和管柱内的摩阻。
本发明还提供一种上述实验装置的工作方法。
本发明的技术方案如下：
一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置，其包括泵、加温装置、管道、管柱和人工模拟裂缝，在所述管柱的两端分别设置有阀门1和阀门2，在人工模拟裂缝的左端设置有阀门3和阀门4，在人工模拟裂缝的右端设置有阀门5；所述泵与加温装置通过管道相连通，所述加温装置的出液口通过三通管分别与管柱的阀门1和人工模拟裂缝的阀门3相连，所述阀门2和阀门5分别与三通管的2个进液口相连，在三通管的出液口处设置有阀门6；
在加温装置的出液口处分别设置有流量计和压力传感器12；
在阀门6的出口端设置有压力传感器12-1；在人工模拟裂缝的阀门4的出口端设置有压力传感器12-2；
所述的人工模拟裂缝，其包括相互平行设置的2张平板，所述2张平板的四周密封设置，形成模拟裂缝腔；所述阀门3、阀门4和阀门5分别与模拟裂缝腔相连通。
根据本发明优选的，所述2张平板之间的距离范围是1-6mm。
根据本发明优选的，所述人工模拟裂缝中的平板上设置有滤失孔眼，所述滤失孔眼的直径范围是0.05-0.35mm；所述滤失孔眼在所述平板上的分布密度范围是10-20个/m2。
根据本发明优选的,所述的平板为钢板，所述钢板的长为：3-6m、宽为：3-6m；厚为：10mm。
根据本发明优选的,所述管柱的长度范围是1-10m。
如上所述测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置的工作方法，包括如下步骤：
当需要测量流体在压裂裂缝内摩阻时，按照步骤（1）-（6）进行：
（1）选取与实际压裂裂缝内壁粗糙度相同的塑料膜，将所述塑料膜分别贴置在所述人工模拟裂缝的内壁上，在所述的塑料膜上与所述滤失孔眼相对的位置开设孔洞；
（2）调节所述两个平板之间的距离，使其与实际压裂裂缝的尺寸相同；
（3）关闭所述管柱的阀门1和阀门2，关闭人工模拟裂缝的阀门4；分别开启人工模拟裂缝的阀门3和阀门5，开启阀门6；
（4）配制实验流体，分别启动泵和加温装置，所述泵将所述实验流体沿管道、加温装置泵入所述人工模拟裂缝中；所述实验流体沿人工模拟裂缝的阀门3流入，流经人工模拟裂缝，最终沿阀门5和阀门6流出；
（5）分别读取压力传感器12的数据P和压力传感器12-1的数据P1，计算实验流体在人工模拟裂缝中的压力差△P1，其中△P1=P-P1
（6）根据实验流体在人工模拟裂缝中的压力差△P1按照以下公式计算出实验流体在人工模拟裂缝中的摩阻，其中，DR为降阻率，即摩阻；△P1为
实验流体在人工模拟裂缝中的压力差△P1；P为压力传感器12的压力数据；当需要测量流体在管柱内摩阻时，按照步骤（7）-（11）进行：
（7）调节所述管柱的长度，使其与现场使用的管柱长度相同；
（8）关闭人工模拟裂缝的阀门3、阀门4和阀门5，开启管柱的阀门1和阀门2，开启阀门6；
（9）配制实验流体，分别启动泵和加温装置，所述泵将所述实验流体沿管道和加温装置泵入所述管柱中；所述实验流体沿管柱的阀门1入，沿管柱的阀门2和阀门6流出；
（10）分别读取压力传感器12的数据P和压力传感器12-1的数据P1’，计算实验流体在管柱中的压力差△P1’，其中△P1’=P-P1’
（11）根据实验流体在管柱中的压力差△P1’按照以下公式计算出实验流体在管柱中的摩阻，其中，DR为降阻率，即摩阻；△P1’为实验流体在管柱中的压力差；P为压力传感器12的压力数据；
当需要测量流体在压裂裂缝和管柱中综合摩阻时，按照步骤（12）-（17）进行：
（12）选取与实际压裂裂缝内壁粗糙度相同的塑料膜，将所述塑料膜分别贴置在所述人工模拟裂缝的内壁上，在所述的塑料膜上与所述滤失孔眼相对的位置开设孔洞；
（13）调节所述两个平板之间的距离，使其与实际压裂裂缝的尺寸相同；调节所述管柱的长度，使其与现场使用的管柱长度相同；
（14）关闭所述人工模拟裂缝的阀门3和阀门6，开启管柱的阀门1和阀门2，开启人工模拟裂缝的阀门4和阀门5；
（15）配制实验流体，分别启动泵和加温装置，所述泵将所述实验流体沿管道、加温装置依次泵入所述管柱和人工模拟裂缝中，所述实验流体沿阀门1、阀门2和阀门5，最终由阀门4流出；
（16）分别读取压力传感器12的数据P和压力传感器12-2的数据P2，计算实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的压力差△P2，其中△P2=P-P2；
（17）根据实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的压力差△P2按照以下公式计算出实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的综合摩阻，
其中，DR为降阻率，即摩阻；△P2为实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的压力差；P为压力传感器12的压力数据。
上述配置实验流体是指按照实际现场的需要配置出的压裂液或地层流体，所述的地层流体为原油、水或其它地层流体。
本发明的优点在于：
本发明针对以往裂缝内摩阻方面研究的不足，精确模拟了压裂时的不同粘度、不同含砂量及不同流速下的压裂液及生产时的不同地层流体在不同裂缝宽度、不同的裂缝壁面粗糙度及不同缝内滤失量等情况下的摩阻：当实验流体流经人工模拟裂缝时，压力传感器测量出流体流过时的压力，根据压力传感器读数的换算出人工模拟裂缝内的摩阻；再根据实验的需要变换实验流体的相态、粘度、含砂量、裂缝宽度、裂缝内壁粗糙度及裂缝滤失量，即可测量出不同情况下实验流体在人工模拟裂缝内的摩阻；本发明还能测量不同流体流经管柱的摩阻；本发明还可以根据测量的需要测量出实验流体流经管柱和人工模拟裂缝的综合摩阻。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图1中，1、管柱的阀门；2、管柱的阀门；3、人工模拟裂缝的阀门；4、人工模拟裂缝的阀门；5、人工模拟裂缝的阀门；6、与三通管11的出液口相连的阀门；7、泵；8、加温装置；9、管道；10、三通管；11、三通管；12、压力传感器；12-1、压力传感器；12-2、压力传感器；13、人工模拟裂缝；14、流量计；15、管柱。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
利用本发明所述的实验装置模拟现场的压裂裂缝，分别实验计算压裂液在压裂裂缝中的摩阻、在管柱中的摩阻及在压裂裂缝和管柱中的综合摩阻。其中所述现场的压裂裂缝的宽度为4mm,所述压裂裂缝的粗糙度为500μm，滤失孔密度为15个/㎡；所述管柱的长度为5m。实验中所选用的压裂液的粘度为50mPa·s，支撑剂体积15L，压裂液体积100L，实验排量4m3/h。
实施例1、
一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置，其包括泵7、加温装置8、管道9、管柱15和人工模拟裂缝13，在所述管柱15的两端分别设置有阀门1和阀门2，在人工模拟裂缝13的左端设置有阀门3和阀门4，在人工模拟裂缝13的右端设置有阀门5；所述泵7与加温装置8通过管道9相连通，所述加温装置8的出液口通过三通管10分别与管柱的阀门1和人工模拟裂缝的阀门3相连，所述阀门2和阀门5分别与三通管11的2个进液口相连，在三通管11的出液口处设置有阀门6；
在加温装置9的出液口处分别设置有流量计14和压力传感器12；
在阀门6的出口端设置有压力传感器12-1；在人工模拟裂缝的阀门4的出口端设置有压力传感器12-2；
所述的人工模拟裂缝13，其包括相互平行设置的2张平板，所述2张平板的四周密封设置，形成模拟裂缝腔；所述阀门3、阀门4和阀门5分别与模拟裂缝腔相连通。所述平板为钢板，所述钢板的长为：3m、宽为：3m；厚为：10mm。
所述2张平板之间的距离范围是1-6mm。所述两平板之间的距离是可调的，在本实施例中，所述两平板之间的距离为4mm。
所述人工模拟裂缝13中的平板上设置有滤失孔眼，所述滤失孔眼的直径范围是0.05-0.35mm；所述滤失孔眼在所述平板上的分布密度范围是10-20个/m2。所述滤失孔眼的尺寸和密度也是根据模拟现场可调的，在本实施例中，所述滤失孔眼的直径为0.1mm，分布密度为15个/㎡。
所述管柱的长度是1-10m。所述管柱的长度是可调的，在本实施例中，所述管柱的长度为5m。
实施例2、
一种利用实施例1所述实验装置测量压裂液在压裂裂缝内摩阻的工作方法，按照步骤（1）-（6）进行：
（1）选取与实际压裂裂缝内壁粗糙度相同的塑料膜，将所述塑料膜分别贴置在所述人工模拟裂缝的内壁上，在所述的塑料膜上与所述滤失孔眼相对的位置开设孔洞；
（2）调节所述两个平板之间的距离，使其与实际压裂裂缝的尺寸相同；
（3）关闭所述管柱的阀门1和阀门2，关闭人工模拟裂缝的阀门4；分别开启人工模拟裂缝的阀门3和阀门5，开启阀门6；
（4）配制实验流体，分别启动泵和加温装置，所述泵将所述实验流体沿管道、加温装置泵入所述人工模拟裂缝中；所述实验流体沿人工模拟裂缝的阀门3流入，流经人工模拟裂缝，最终沿阀门5和阀门6流出；
（5）分别读取压力传感器12的数据P和压力传感器12-1的数据P1，计算实验流体在人工模拟裂缝中的压力差△P1，其中△P1=P-P1
（6）根据实验流体在人工模拟裂缝中的压力差△P1按照以下公式计算出实验流体在人工模拟裂缝中的摩阻，
其中，DR为降阻率；△P1为实验流体在人工模拟裂缝中的压力差△P1；P为压力传感器12的压力数据；所述的实验流体即为所述的压裂液，最终测得压裂液流经人工模拟裂缝的摩阻为35%。
实施例3、
一种利用实施例1所述实验装置测量压裂液在管柱内摩阻的工作方法，按照步骤（7）-（11）进行：
（7）调节所述管柱的长度，使其与现场使用的管柱长度相同；
（8）关闭人工模拟裂缝的阀门3、阀门4和阀门5，开启管柱的阀门1和阀门2，开启阀门6；
（9）配制实验流体，分别启动泵和加温装置，所述泵将所述实验流体沿管道和加温装置泵入所述管柱中；所述实验流体沿管柱的阀门1入，沿管柱的阀门2和阀门6流出；
（10）分别读取压力传感器12的数据P和压力传感器12-1的数据P1’，计算实验流体在管柱中的压力差△P1’，其中△P1’=P-P1’
（11）根据实验流体在管柱中的压力差△P1’按照以下公式计算出实验流体在管柱中的摩阻，
其中，DR为降阻率；△P1’为实验流体在管柱中的压力差；P为压力传感器12的压力数据；最所述的实验流体即为所述的压裂液，终测得压裂液流经管柱的摩阻为30%。
实施例4、
一种利用实施例1所述实验装置测量压裂液在压裂裂缝和管柱中综合摩阻的工作方法，按照步骤（12）-（17）进行：
（12）选取与实际压裂裂缝内壁粗糙度相同的塑料膜，将所述塑料膜分别贴置在所述人工模拟裂缝的内壁上，在所述的塑料膜上与所述滤失孔眼相对的位置开设孔洞；
（13）调节所述两个平板之间的距离，使其与实际压裂裂缝的尺寸相同；调节所述管柱的长度，使其与现场使用的管柱长度相同；
（14）关闭所述人工模拟裂缝的阀门3和阀门6，开启管柱的阀门1和阀门2，开启人工模拟裂缝的阀门4和阀门5；
（15）配制实验流体，分别启动泵和加温装置，所述泵将所述实验流体沿管道、加温装置依次泵入所述管柱和人工模拟裂缝中，所述实验流体沿阀门1、阀门2和阀门5，最终由阀门4流出；
（16）分别读取压力传感器12的数据P和压力传感器12-2的数据P2，计算实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的压力差△P2，其中△P2=P-P2；
（17）根据实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的压力差△P2按照以下公式计算出实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的综合摩阻，
其中，DR为降阻率；△P2为实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的压力差；P为压力传感器12的压力数据；所述的实验流体即为所述的压裂液，最终测得压裂液在压裂管柱和裂缝中的综合摩阻为65%。
Claims (6)
1.一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置，其特征在于，其包括泵、加温装置、管道、管柱和人工模拟裂缝，在所述管柱的两端分别设置有阀门（1）和阀门（2），在人工模拟裂缝的左端设置有阀门（3）和阀门（4），在人工模拟裂缝的右端设置有阀门（5）；所述泵与加温装置通过管道相连通，所述加温装置的出液口通过三通管分别与管柱的阀门（1）和人工模拟裂缝的阀门（3）相连，所述阀门（2）和阀门（5）分别与三通管的2个进液口相连，在三通管的出液口处设置有阀门（6）；在加温装置的出液口处分别设置有流量计和压力传感器（12）；在阀门（6）的出口端设置有压力传感器（12-1）；在人工模拟裂缝的阀门（4）的出口端设置有压力传感器（12-2）；
所述的人工模拟裂缝，其包括相互平行设置的2张平板，所述2张平板的四周密封设置，形成模拟裂缝腔；所述阀门（3）、阀门（4）和阀门（5）分别与模拟裂缝腔相连通。
2.根据权利要求1所述的一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置，其特征在于，所述2张平板之间的距离范围是1-6mm。
3.根据权利要求1所述的一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置，其特征在于，所述人工模拟裂缝中的平板上设置有滤失孔眼，所述滤失孔眼的直径范围是0.05-0.35mm；所述滤失孔眼在所述平板上的分布密度范围是10-20个/m2。
4.根据权利要求1所述的一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置，其特征在于，所述的平板为钢板，所述钢板的长为：3-6m、宽为：3-6m；厚为：10mm。
5.根据权利要求1所述的一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置，其特征在于，所述管柱的长度范围是1-10m。
6.如权利要求1所述测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置的工作方法，其特征在于，其包括如下步骤：
当需要测量流体在压裂裂缝内摩阻时，按照步骤（1）-（6）进行：
（1）选取与实际压裂裂缝内壁粗糙度相同的塑料膜，将所述塑料膜分别贴置在所述人工模拟裂缝的内壁上，在所述的塑料膜上与所述滤失孔眼相对的位置开设孔洞；
（2）调节所述两个平板之间的距离，使其与实际压裂裂缝的尺寸相同；
（3）关闭所述管柱的阀门（1）和阀门（2），关闭人工模拟裂缝的阀门（4）；分别开启人工模拟裂缝的阀门（3）和阀门（5），开启阀门（6）；
（4）配制实验流体，分别启动泵和加温装置，所述泵将所述实验流体沿管道、加温装置泵入所述人工模拟裂缝中；所述实验流体沿人工模拟裂缝的阀门（3）流入，流经人工模拟裂缝，最终沿阀门（5）和阀门（6）流出；
（5）分别读取压力传感器（12）的数据P和压力传感器（12-1）的数据P1，计算实验流体在人工模拟裂缝中的压力差△P1，其中△P1=P-P1
（6）根据实验流体在人工模拟裂缝中的压力差△P1按照以下公式计算出实验流体在人工模拟裂缝中的摩阻，
其中，DR为降阻率，即摩阻；△P1为实验流体在人工模拟裂缝中的压力差△P1；P为压力传感器（12）的压力数据；
当需要测量流体在管柱内摩阻时，按照步骤（7）-（11）进行：
（7）调节所述管柱的长度，使其与现场使用的管柱长度相同；
（8）关闭人工模拟裂缝的阀门（3）、阀门（4）和阀门（5），开启管柱的阀门（1）和阀门（2），开启阀门（6）；
（9）配制实验流体，分别启动泵和加温装置，所述泵将所述实验流体沿管道和加温装置泵入所述管柱中；所述实验流体沿管柱的阀门（1）入，沿管柱的阀门（2）和阀门（6）流出；
（10）分别读取压力传感器（12）的数据P和压力传感器(12-1)的数据P1’，计算实验流体在管柱中的压力差△P1’，其中△P1’=P-P1’
（11）根据实验流体在管柱中的压力差△P1’按照以下公式计算出实验流体在管柱中的摩阻，
其中，DR为降阻率，即摩阻；△P1’为实验流体在管柱中的压力差；P为压力传感器(12)的压力数据；
当需要测量流体在压裂裂缝和管柱中综合摩阻时，按照步骤（12）-（17）进行：
（12）选取与实际压裂裂缝内壁粗糙度相同的塑料膜，将所述塑料膜分别贴置在所述人工模拟裂缝的内壁上，在所述的塑料膜上与所述滤失孔眼相对的位置开设孔洞；
（13）调节所述两个平板之间的距离，使其与实际压裂裂缝的尺寸相同；调节所述管柱的长度，使其与现场使用的管柱长度相同；
（14）关闭所述人工模拟裂缝的阀门(3)和阀门(6)，开启管柱的阀门(1)和阀门(2)，开启人工模拟裂缝的阀门(4)和阀门(5)；
（15）配制实验流体，分别启动泵和加温装置，所述泵将所述实验流体沿管道、加温装置依次泵入所述管柱和人工模拟裂缝中，所述实验流体沿阀门(1)、阀门(2)和阀门(5)，最终由阀门(4)流出；
（16）分别读取压力传感器(12)的数据P和压力传感器(12-2)的数据P2，计算实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的压力差△P2，其中△P2=P-P2；
（17）根据实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的压力差△P2按照以下公式计算出实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的综合摩阻，其中，DR为降阻率，即摩阻；△P2为实验流体在管柱和人工模拟裂缝中的压力差；P为压力传感器(12)的压力数据。
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2012
- 2012-05-21 CN CN201210158403.XA patent/CN102661910B/zh active Active
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