CN104880386A - 一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统 - Google Patents

一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统 Download PDF

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张健
郜时旺
张国祥
杨光
荆铁亚
王金意
周伟强
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Abstract

一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，提供了一种专门测试二氧化碳无水压裂液，在不同温度和压力下摩阻特性的装置；而且还可以用于二氧化碳干法压裂液，在不同温度和压力下的流变特性；首先将CO2气体制冷液化，然后经过CO2泵高压注入管路，与由试剂泵注入试剂混合形成二氧化碳无水压裂液；可以根据需要调节频率和配比，同时可以由预热器对管路中压裂液加热到需要的温度，然后通过阀门，灵活选择经过细直管或粗直管或盘管流出，管路系统压力由背压阀调节，在管路出口处连接回收处理装置；同时直管和盘管两端有压产传感器测量压差，这个压差值就是要测量的摩阻值，流变性质依据细管式流变仪原理测量。

Description

一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统
技术领域
本发明涉及二氧化碳无水压裂技术领域，具体涉及一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统。
背景技术
近年来，一种新的压裂技术—二氧化碳无水压裂技术逐渐热起来，越来越多的人们开始对他进行研究。二氧化碳无水压裂液主要由二氧化碳和少量化学试剂组成。然而，现有的对压裂液摩阻等性能测试的仪器主要针对常规液体压裂液，例如冻胶压裂液，或者清水压裂液的摩阻特性，像专门测试这种气体压裂液的摩阻特性的设备，现在市场上还没。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，专门测试这种二氧化碳无水压裂液，在不同温度和压力下摩阻特性；同时依据细管式流变仪的原理，也可用于二氧化碳干法压裂液，在不同温度和压力下的流变特性。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，包括第一气瓶1和第二气瓶2，第一气瓶1、第二气瓶2分别通过第一阀3和第二阀4与净化器5的入口连接，净化器5的出口依次连接流量计6、制冷装置7、液态CO2储罐8，其中制冷装置7和液态CO2储罐8中间连接有第三阀9，液态CO2储罐8出口同时连接有第四阀10、压力计12和第五阀11，第五阀11出口依次连接CO2泵13和单向阀16后进入预热器18；
另一支路，试剂罐14出口经过试剂泵15后连接单向阀16入口，CO2泵13和试剂泵15出口处连接有安全阀17，在预热器18的出口管路上依次连接有温度计19和压力传感器20，然后并联连接有细直管支路、粗直管支路和盘管支路；细直管支路、粗直管支路和盘管支路的出口管路连接有背压阀33；
其中：细直管支路包括细直管23，细直管23的输入、输出端之间连接有第一压差传感器22，细直管23的输入端还连接有第六阀21，输出端还连接有第七阀24；
粗直管支路包括粗直管27，粗直管27的输入、输出端之间连接有第二压差传感器26，粗直管27的输入端还连接有第八阀25，输出端还连接有第九阀28；
盘管支路包括盘管30，盘管30的输入、输出端之间连接有第三压差传感器31，盘管30的输入端还连接有第十阀29，输出端还连接有第十一阀32。
能够根据需要灵活选择气瓶接入数量。
所述液态CO2储罐8在制冷装置7内部，为制冷装置7一部分。
所述CO2泵13和试剂泵15采用变频泵，带变频调节系统，能够调节泵的流量和合成压裂液中试剂浓度配比。最大工作压力尽量高，最好50MPa以上，从而可以模拟压裂施工时地层压力条件。
所述试剂罐14下端还设计有放空阀门，方便排空和清洗，根据需要配置加热装置来控制温度。
所述背压阀33出口连接回收处理装置。
连接制冷装置7到背压阀33之间所有管路，可以用保温材料缠绕包裹。
还包括与流量计6、压力计12、温度计19、压力传感器20、第一压差传感器22、第二压差传感器26和第三压差传感器31连接的数字采集控制卡，用于采集压力、温度、流量、压差和调频泵频率，采集的数据经处理生成原始数据报表，分析报表以及曲线图，同时生成数据库文件格式以便用户灵活使用。
所述数字采集控制卡采用进口MOX或C168H数字采集控制卡。
本发明的优点：
(1)本发明专门测试二氧化碳无水压裂液，在不同温度和压力下摩阻特性的装置；而且还可以用于二氧化碳干法压裂液，在不同温度和压力下的流变特性。
(2)本装置设计有制冷装置7可以根据实验需要设定制冷温度。它内置液态CO2储罐可以储存一定量液态CO2。
(3)本装置设计有CO2泵13和试剂泵15，可以选择用调频泵来改变排量，进而控制CO2和所用试剂的配比。
(4)本装置设计有预热器18，可以根据需要控制管路温度。
(5)本装置设计2种管径直管及一套螺旋盘管，可进行压裂液在不同管路直径，管路形状，不同温度、压力、剪切速率下的管流摩阻测量实验，可以根据需要，选择细直管23，粗直管27、盘管30管径，选择通过它们两端最近的阀门开关，灵活选择使用这3根管路中的某一条。
(6)本装置设计背压阀33可以使得管路内部保持一定的工作压力，在其出口可以连接实验废液回收或者处理装置。
(7)连接制冷装置7到背压阀33之间所有管路，可以用保温材料缠绕包裹，便于防止热量传递、散失等引起的测试误差。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
如附图所示，本发明包括包括第一气瓶1和第二气瓶2，第一气瓶1、第二气瓶2气体分别通过第一阀3、第二阀4后，经过净化器5净化后，通过流量计6计量流量。然后通过制冷装置7将二氧化碳制冷液化后由CO2泵13输入管路。
其中制冷装置7上面连接有第三阀9、第四阀10可方便排空清洗。压力计12可以测量液态CO2储罐内部压力。
另一支路：将配好的化学试剂装入溶剂适当的试剂罐14中，试剂由试剂泵15输入管路与CO2混合。CO2泵13和试剂泵15的排量来控制物质浓度配比。
其中，单向阀16可以防止流体倒流，安全阀17便于控制管路压力，可以保障管路高压安全。混合的压裂液流体可以通过预热器18控制管路温度，温度可以由温度计19来计量，管路压力可以由压力传感器20计量。
然后通过它们两端最近的阀门控制，灵活选择通过细直管或粗直管或盘管中的某一条，同时管路两端的压差传感器可以测量管路两端的压差，管路长短、管径和压差传感器的量程可以灵活选测。
剪切速率可以由CO2泵13和试剂泵15的排量以及管径控制剪切速率。管路系统压力由背压阀33调节。
此外，本装置还有数据采集处理功能，实现计算机操作：数据采集系统包括压力、温度、流量、压差、调频泵频率，为了保证测量精度和控制的可靠性，采用进口MOX，C168H数字采集控制卡，从而实现数字化采集传输。
计算机采集的数据经处理可生成原始数据报表，分析报表以及曲线图，同时生成数据库文件格式以便用户灵活使用。
本发明的工作原理为：
第一气瓶1、第二气瓶2中CO2气体经过制冷装置7液化后由CO2泵13注入；配好的试剂由试剂泵15注入，与CO2气体混合后，选择经过细直管或粗直管或盘管流出。同时直管和盘管两端有压产传感器测量压差，这个压差值就是要测量的摩阻值。流变性质依据细管式流变仪原理测量。其中：管路系统压力先由CO2泵13和试剂泵15增压，然后由背压阀33调节；温度主要受预热器18控制；排量和压裂液配比受CO2泵13和试剂泵15控制。

Claims (9)

1.一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，包括第一气瓶(1)和第二气瓶(2)，其特征在于：第一气瓶(1)、第二气瓶(2)分别通过第一阀(3)和第二阀(4)与净化器(5)的入口连接，净化器(5)的出口依次连接流量计(6)、制冷装置(7)、液态CO2储罐(8)，其中制冷装置(7)和液态CO2储罐(8)中间连接有第三阀9，液态CO2储罐(8)出口同时连接有第四阀(10)、压力计(12)和第五阀(11)，第五阀(11)出口依次连接CO2泵(13)和单向阀(16)后进入预热器(18)；
另一支路，试剂罐(14)出口经过试剂泵(15)后连接单向阀(16)入口，CO2泵(13)和试剂泵(15)出口处连接有安全阀(17)，在预热器(18)的出口管路上依次连接有温度计(19)和压力传感器(20)，然后并联连接有细直管支路、粗直管支路和盘管支路；细直管支路、粗直管支路和盘管支路的出口管路连接有背压阀(33)；
其中：细直管支路包括细直管(23)，细直管(23)的输入、输出端之间连接有第一压差传感器(22)，细直管(23)的输入端还连接有第六阀(21)，输出端还连接有第七阀(24)；
粗直管支路包括粗直管(27)，粗直管(27)的输入、输出端之间连接有第二压差传感器(26)，粗直管(27)的输入端还连接有第八阀(25)，输出端还连接有第九阀(28)；
盘管支路包括盘管(30)，盘管(30)的输入、输出端之间连接有第三压差传感器(31)，盘管(30)的输入端还连接有第十阀(29)，输出端还连接有第十一阀(32)。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，其特征在于：能够根据需要灵活选择气瓶接入数量。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，其特征在于：所述液态CO2储罐(8)在制冷装置(7)内部，为制冷装置(7)一部分。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，其特征在于：CO2泵(13)和试剂泵(15)采用变频泵，带变频调节系统，能够调节泵的流量和合成压裂液中试剂浓度配比。最大工作压力尽量高，最好50MPa以上，从而可以模拟压裂施工时地层压力条件。
5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，其特征在于：所述的试剂罐(14)下端还设计有放空阀门，方便排空和清洗，根据需要配置加热装置来控制温度。
6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，其特征在于：所述背压阀(33)出口连接回收处理装置。
7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，其特征在于：连接制冷装置7到背压阀33之间所有管路，用保温材料缠绕包裹。
8.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，其特征在于：还包括与流量计(6)、压力计(12)、温度计(19)、压力传感器(20)、第一压差传感器(22),第二压差传感器(26)和第三压差传感器(31)连接的数字采集控制卡，用于采集压力、温度、流量、压差和调频泵频率，采集的数据经处理生成原始数据报表，分析报表以及曲线图，同时生成数据库文件格式以便用户灵活使用。
9.根据权利要求8所述的一种二氧化碳无水压裂液摩阻测试系统，其特征在于：所述数字采集控制卡采用进口MOX或C168H数字采集控制卡。
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