CN102914494A - 一种泡沫压裂液动态滤失的测量装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泡沫压裂液动态滤失的测量装置及工作方法，该装置包括在恒温箱内设置的盛放标准盐水的中间容器、盛放氮气的中间容器、盛放压裂液的中间容器和内含柱状岩心的岩心夹持器套筒；在所述岩心夹持器套筒的入口端设置有模拟裂缝，在所述模拟裂缝的一端设置有进液口，在所述模拟裂缝的另一端通过回压阀与出液口相连通，所述模拟裂缝的一侧壁与丝堵相连，所述模拟裂缝的另一侧壁与柱状岩心的端面相连，所述柱状岩心的另一端面通过垫块和移动螺母8-6与滤失管相连。本发明利用新型岩心夹持器套筒对柱状岩心进行实验和测量，保持泡沫压裂液在滤失实验中的气液完整性，准确根据实验数据计算泡沫压裂液中液体滤失系数和气体滤失系数。

Description

一种泡沫压裂液动态滤失的测量装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种泡沫压裂液动态滤失的测量装置及其工作方法，属于石油化工的技术领域。

技术背景

泡沫压裂液携砂能力强、滤失量低、反排快、对地层伤害小，具有降粘、防膨、降阻、助排等多种特性，适合低压、低渗透、致密及水敏性强等复杂地层。泡沫压裂液在国外已有几十年的发展历史，但在国内更多的局限在室内研究阶段，并且对于泡沫压裂液的性能测试都是在参考水基压裂液性能测试的标准上进行的，但由于泡沫压裂液具有气液两相，压裂液滤失不仅包括液体，也包括气体，这就使得水基压裂液的测试方法并不适用对泡沫压裂液滤失的测量。常规的水基压裂液测试方法是：利用动态滤失仪将压裂液从下端入口进入，上端出口流出，出口端加回压，一部分压裂液由岩心处滤失到中心管而由滤失液出口流出。先将压裂液注入岩心夹持器中，之后加压，由于水基压裂液可压缩性很小，这种方法是可行的，但对于泡沫压裂液来说，气体的压缩性很大，增加压力后泡沫压裂液的泡沫质量发生变化，这种方法不再适用，在中国文献《应用化工》2011年第10期中《氮气泡沫压裂液用作煤层气井性能研究》一文中提到，是将泡沫压裂液配好后放入高温高压滤失仪中，用氮气加到指定压力，这样做虽然泡沫压裂液没有被压缩，但用氮气加压也使得泡沫压裂液的泡沫质量发生变化，使得测量结果不准确，并且实验结果仅仅得到泡沫压裂液中的液体滤失量，上述实验方法为泡沫压裂液的静态滤失实验方法。目前国内外参考文献中没有提到任何有关测量泡沫压裂液动态滤失的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种泡沫压裂液动态滤失的测量装置。

本发明还提供一种利用上述测量装置测量泡沫压裂液动态滤失的方法，以分别测量泡沫压裂液中的液体滤失和气体滤失。

技术术语解释：

标准盐水：所述的标准盐水中KCl的质量分数浓度为2.0%、NaCl的质量分数浓度为5.5%、MgCl₂的质量分数浓度为0.45%、CaCl₂的质量分数浓度为0.55%。

本发明的技术方案如下：

一种泡沫压裂液动态滤失的测量装置，该装置包括在恒温箱13内设置的盛放标准盐水的中间容器2、盛放氮气的中间容器3、盛放压裂液的中间容器4和内含柱状岩心8-3的岩心夹持器套筒8；

在所述岩心夹持器套筒8的入口端设置有模拟裂缝8-2，在所述模拟裂缝8-2的一端设置有进液口8-4，在所述模拟裂缝的另一端通过回压阀7与出液口8-5相连通，所述模拟裂缝8-2的一侧壁与丝堵8-1相连，所述模拟裂缝的另一侧壁与柱状岩心8-3的端面相连，所述柱状岩心8-3的另一端面通过垫块8-6和移动螺母8-6与滤失管8-8相连；

所述盛放标准盐水的中间容器2与岩心夹持器套筒8内的进液口8-5相连；

所述盛放氮气的中间容器3和盛放压裂液的中间容器4通过泡沫发生器6与岩心夹持器套筒8内的进液口8-4相连，所述岩心夹持器套筒8的滤失管8-8相连依次连接液态收集瓶和气态收集瓶。

根据本发明优选的，所述的液态收集瓶为内部装有消泡剂的锥形瓶9。所述的气态收集瓶为量筒11。

一种利用上述测量装置测量泡沫压裂液动态滤失的方法，包括步骤如下：

（1）测定待测柱状岩心的气体渗透率并对其称重；

（2）测定柱状岩心的孔隙度：

a.对柱状岩心在真空度为0.1MPa条件下抽空5小时；

b.用标准盐水在地层压力条件下对柱状岩心进行加压饱和；

c.将饱和好标准盐水的柱状岩心外表的水擦掉、称重，计算得到柱状岩心的孔隙度；

（3）将柱状岩心放入岩心夹持器套筒中，连接好管线，对柱状岩心加围压至模拟地层压力，关闭回压阀；

（4）打开恒温箱，设定为模拟地层温度，恒温4h；

（5）向岩心夹持器套筒内的进液口注入标准盐水，待标准盐水通过柱状岩心的流量恒定后，记录标准盐水的注入压力P和注入流量Q，根据达西公式：计算柱状岩心的液体渗透率；

（6）打开回压阀，加回压3.5MPa，分别打开所述盛放氮气的中间容器和盛放压裂液的中间容器下方的泵，控制气液流量保持固定的泡沫质量，所述泡沫质量是指泡沫压裂液的气液比；

（7）调节回压阀，保持柱状岩心前后压差恒定，从第一滴滤液开始流出时记录滤失时间，并且同时记录液态收集瓶的质量，即液体滤失量；和气态收集瓶内的体积变化，即气体滤失量。对柱状岩心的泡沫压裂液滤失时间不小于90min。

对于滤失过柱状岩心的泡沫压裂液要进行气液分离，根据泡沫压裂液是否在柱状岩心端面形成滤饼，计算泡沫压裂液的气体滤失系数和液体滤失系数：

①当滤失后形成滤饼时，则泡沫压裂液的气体滤失量与时间的平方根成直线；作图，该直线的斜率为m_气；泡沫压裂液的液体滤失量与时间的平方根成直线；作图，该直线的斜率为m_液；根据达西方程分别推导出：

液体滤失系数

和气体滤失系数：

所述A为柱状岩心端面的面积，mm²。

②当滤失后未形成滤饼时，则泡沫压裂液的气体滤失量与时间成直线；作图，该直线的斜率为m_气；泡沫压裂液的液体滤失量与时间成直线；作图，该直线的斜率为m_液；根据达西方程分别推导出：

液体滤失系数和气体滤失系数：

所述A为柱状岩心端面的面积，mm²。

（8）测柱状岩心损害后的渗透率：用标准盐水反向驱替柱状岩心，直至标准盐水的注入压力和注入流量稳定，记录实验数据，计算柱状岩心损害后的液体渗透率；所述驱替盐水体积不小于10PV；

（9）将柱状岩心取出，表面擦干，放入烘箱中烘干，测定柱状岩心损害后的气体渗透率。步骤（8）、（9）为分别是对滤失后柱状岩心液测渗透率和气测渗透率，在于从不同角度评价泡沫压裂液对柱状岩心产生的伤害：水测渗透率更全面地了解泡沫压裂液对柱状岩心的伤害，气测渗透率是将岩心烘干，得到的是压裂液残渣对岩心产生的伤害，二者之差能反应了泡沫压裂液中的气体对岩心产生的伤害，即气锁效应。

本发明的优点在于

1.本发明所述的泡沫压裂液动态滤失的测量装置，利用新型岩心夹持器套筒对柱状岩心进行实验和测量，保持泡沫压裂液在滤失实验中的气液完整性，填补了现有技术无法实效测量泡沫压裂液滤失的技术空白。

2.本发明所述的测量方法，能在一定温度和压力条件下形成泡沫压裂液，并且对气体和液体的滤失系数进行测定：根据泡沫压裂液滤失后是否形成滤饼，准确根据实验数据计算泡沫压裂液中液体滤失系数和气体滤失系数。

3.利用本发明所述的装置及方法能够实现对滤失后柱状岩心的液测渗透率进行测定，从不同角度评价泡沫压裂液对柱状岩心产生的伤害：水测渗透率更全面地了解泡沫压裂液对柱状岩心的伤害，气测渗透率是将岩心烘干，得到的是压裂液残渣对岩心产生的伤害，为泡沫压裂液在实际油气开采中的研究提供权威的测控数据。

附图说明

图1是本发明所述测量装置的结构示意图；

图2为本发明中岩心夹持器套筒的结构示意图；

在图1中，1、平流泵：用于控制压裂液和气体的流动速度；2、盛放标准盐水的中间容器：标准盐水-用来水测渗透率；3、盛放氮气的中间容器：作为气源，产生泡沫；4、盛放压裂液的中间容器：作为基液产生泡沫压裂液；5、流量计：计量气体的量，控制泡沫质量；6、泡沫发生器：内部充填石英砂，使氮气和压裂液充分混合，得到稳定的泡沫压裂液；7、回压阀：控制泡沫压裂液出口压力，使柱状岩心前端面保持在恒定压力条件；8、岩心夹持器套筒：在柱状岩心前端有模拟裂缝，泡沫压裂液在裂缝内聚集，在柱状岩心前端保持一定的压差；9、锥形瓶：内装消泡剂，用来将进入锥形瓶内的滤失泡沫压裂液中的泡沫消掉，进行气液分离；10、天平：计量滤失液体的质量；11、量筒：计量滤失气体的体积；12、烧杯：盛水；13、恒温箱：控制实验温度。

在图2中，8-1、丝堵；8-2、模拟裂缝；8-3、柱状岩心；8-4、模拟裂缝的一端设置有进液口；8-5、模拟裂缝的另一端的出液口；8-6、垫块；8-7、移动螺母；8-8、滤失管。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步的说明，但不限于此。

实施例1、

一种泡沫压裂液动态滤失的测量装置，该装置包括在恒温箱13内设置的盛放标准盐水的中间容器2、盛放氮气的中间容器3、盛放压裂液的中间容器4和内含柱状岩心8-3的岩心夹持器套筒8；

在所述岩心夹持器套筒8的入口端设置有模拟裂缝8-2，在所述模拟裂缝8-2的一端设置有进液口8-4，在所述模拟裂缝的另一端通过回压阀7与出液口8-5相连通，所述模拟裂缝8-2的一侧壁与丝堵8-1相连，所述模拟裂缝的另一侧壁与柱状岩心8-3的端面相连，所述柱状岩心8-3的另一端面通过垫块8-6和移动螺母8-6与滤失管8-8相连；

所述盛放标准盐水的中间容器2与岩心夹持器套筒8内的进液口8-5相连；

所述盛放氮气的中间容器3和盛放压裂液的中间容器4通过泡沫发生器6与岩心夹持器套筒8内的进液口8-4相连，所述岩心夹持器套筒8的滤失管8-8相连依次连接液态收集瓶和气态收集瓶。所述的液态收集瓶为内部装有消泡剂的锥形瓶9。所述的气态收集瓶为量筒11。

实施例2、

本实施例中所用到的柱状岩心的参数如表1所示：

表1：柱状岩心的参数表

一种利用如实施例1所述测量装置测量泡沫压裂液动态滤失的方法，包括步骤如下：

（1）测定待测柱状岩心的气体渗透率K₁’并对其称重；

（2）测定柱状岩心的孔隙度：

a.对柱状岩心在真空度为0.1MPa条件下抽空5小时；

b.用标准盐水在地层压力条件下对柱状岩心进行加压饱和；

c.将饱和好标准盐水的柱状岩心外表的水擦掉、称重，计算得到柱状岩心的孔隙度；

（3）将柱状岩心放入岩心夹持器套筒中，连接好管线，对柱状岩心加围压至模拟地层压力，关闭回压阀；

（4）打开恒温箱，设定为模拟地层温度，恒温4h；

（5）向岩心夹持器套筒内的进液口注入标准盐水，待标准盐水通过柱状岩心的流量恒定后，记录标准盐水的注入压力P=0.8828MPa和注入流量Q=0.2mL/min，根据达西公式：

计算柱状岩心的液体渗透率；

（6）打开回压阀，加回压3.5MPa，分别打开所述盛放氮气的中间容器和盛放压裂液的中间容器下方的泵，控制气液流量保持固定的泡沫质量为67%，所述泡沫质量是指泡沫压裂液的气液比；

（7）调节回压阀，保持柱状岩心前后压差恒定，从第一滴滤液开始流出时记录滤失时间，并且同时记录液态收集瓶的质量，即液体滤失量；和气态收集瓶内的体积变化，即气体滤失量。对柱状岩心的泡沫压裂液滤失时间不小于90min。

（8）测柱状岩心损害后的渗透率：用标准盐水反向驱替柱状岩心，直至标准盐水的注入压力和注入流量稳定，注入压力（驱替流量）为Q₂=0.1mL/min，注入压力为P₂=0.6881MPa，记录实验数据，计算柱状岩心损害后的液体渗透率；所述驱替盐水体积不小于10PV；

（9）将柱状岩心取出，表面擦干，放入烘箱中烘干，测定柱状岩心损害后的气体渗透率K’₂。

如步骤（7）所述，对于滤失过柱状岩心的泡沫压裂液要进行气液分离，根据泡沫压裂液是否在柱状岩心端面形成滤饼，计算泡沫压裂液的气体滤失系数和液体滤失系数：

该实施例滤失后形成滤饼，则泡沫压裂液的气体滤失量与时间的平方根成直线；如图3所示，该直线的斜率为m_气=0.1171；泡沫压裂液的液体滤失量与时间的平方根成直线；作图，该直线的斜率为m_液=0.2611；根据达西方程分别推导出：

滤失前柱状岩心水测渗透率：

$K_1=\frac{Q_1\mathrm{\μL}}{A{P}_1}=\frac{Q_1\mathrm{\μL}}{\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}^2{P}_1}=\frac{0.2/60\×1\×2.73}{\mathrm{\π}/4\×{2.5}^2\×0.8228\×10}=0.2253\×{10}^{-3}{\mathrm{\μm}}^3;$

滤失后柱状岩心水测渗透率：

$K_2=\frac{Q_2\mathrm{\μL}}{A{P}_2}=\frac{Q_2\mathrm{\μL}}{\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}^2{P}_2}=\frac{0.1/60\×1\×2.73}{\mathrm{\π}/4\×{2.5}^2\×0.6881\×10}=0.1347\×{10}^{-3}{\mathrm{\μm}}^3;$

泡沫压裂液的柱状岩心伤害： ${\mathrm{\η}}_1=\frac{K_1-K_2}{K_1}=\frac{0.2253-0.1347}{0.2253}=40.21\%;$

残渣残留产生的柱状岩心伤害： ${\mathrm{\η}}_2=\frac{{K_1}^{,}-{K_2}^{,}}{{K_1}^{,}}=\frac{1.6-1.2}{1.6}=25\%;$

在上述公式中，q-管中泡沫流量cm³/min；v-管中平均流速cm/s；w-缝宽,cm；h-缝高,cm；ID-管线内径,cm；A-岩心端面面积，mm²；L-岩心长度，mm；d-岩心直径，mm；m_液-液体斜率；m_气-气体斜率；μ-水的粘度；K₁’-滤失前气测渗透率；K’₂-滤失后气测渗透率；K₁-滤失前水测渗透率；K₂-滤失后水测渗透率；P₁-滤失前水测渗透率压差；P₂-滤失后水测渗透率压差；Q₁-滤失前水测渗透率流量；Q₂-滤失后水测渗透率流量。

Claims (4)

1.一种泡沫压裂液动态滤失的测量装置，其特征在于，该装置包括在恒温箱内设置的盛放标准盐水的中间容器、盛放氮气的中间容器、盛放压裂液的中间容器和内含柱状岩心的岩心夹持器套筒；

在所述岩心夹持器套筒的入口端设置有模拟裂缝，在所述模拟裂缝的一端设置有进液口，在所述模拟裂缝的另一端通过回压阀与出液口相连通，所述模拟裂缝的一侧壁与丝堵相连，所述模拟裂缝的另一侧壁与柱状岩心的端面相连，所述柱状岩心的另一端面通过垫块和移动螺母8-6与滤失管相连；

所述盛放标准盐水的中间容器与岩心夹持器套筒内的进液口相连；

所述盛放氮气的中间容器和盛放压裂液的中间容器通过泡沫发生器与岩心夹持器套筒内的进液口相连，所述岩心夹持器套筒的滤失管相连依次连接液态收集瓶和气态收集瓶。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫压裂液动态滤失的测量装置，其特征在于，所述的液态收集瓶为内部装有消泡剂的锥形瓶。

3.根据权利要求1所述的一种泡沫压裂液动态滤失的测量装置，其特征在于，所述的气态收集瓶为量筒。

4.一种利用如权利要求1所述测量装置测量泡沫压裂液动态滤失的方法，其特征，该方法包括步骤如下：

（1）测定待测柱状岩心的气体渗透率并对其称重；

（2）测定柱状岩心的孔隙度：

a.对柱状岩心在真空度为0.1MPa条件下抽空5小时；

b.用标准盐水在地层压力条件下对柱状岩心进行加压饱和；

c.将饱和好标准盐水的柱状岩心外表的水擦掉、称重，计算得到柱状岩心的孔隙度；

（3）将柱状岩心放入岩心夹持器套筒中，连接好管线，对柱状岩心加围压至模拟地层压力，关闭回压阀；

（4）打开恒温箱，设定为模拟地层温度，恒温4h；

（5）向岩心夹持器套筒内的进液口注入标准盐水，待标准盐水通过柱状岩心的流量恒定后，记录标准盐水的注入压力P和注入流量Q，根据达西公式：

计算柱状岩心的液体渗透率；

（6）打开回压阀，加回压3.5MPa，分别打开所述盛放氮气的中间容器和盛放压裂液的中间容器下方的泵，控制气液流量保持固定的泡沫质量，所述泡沫质量是指泡沫压裂液的气液比；

（7）调节回压阀，保持柱状岩心前后压差恒定，从第一滴滤液开始流出时记录滤失时间，并且同时记录液态收集瓶的质量，即液体滤失量；和气态收集瓶内的体积变化，即气体滤失量；

（8）测柱状岩心损害后的渗透率：用标准盐水反向驱替柱状岩心，直至标准盐水的注入压力和注入流量稳定，记录实验数据，计算柱状岩心损害后的液体渗透率；

（9）将柱状岩心取出，表面擦干，放入烘箱中烘干，测定柱状岩心损害后的气体渗透率。

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