CN104897521B - 一种二氧化碳无水压裂液导流能力测试系统 - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳无水压裂液导流能力测试系统，包括气体净化器，气体净化器的入口和两个以上的气瓶连接，气体净化器的出口通过流量计和制冷系统中的液态CO2储罐的入口连接，液态CO2储罐出口通过CO2泵和单向阀入口连接；装有放空阀的试剂罐出口通过试剂泵和单向阀入口连接，单向阀出口和搅料机入口连接，搅料机出口依次通过安全阀、预热器和导流室的入口连接，导流室出口通过第三压力计和回压阀连接，第三压力计出口连接有真空泵支路和压裂液回收支路，导流室进出口处连接有压差传感器，本发明可以模拟并测试二氧化碳无水压裂液在不同添加剂配比、不同温度、不同压力以及不同流速情况下，对加入各种支撑剂压裂的情况下的导流能力。
Description
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导流能力测试系统。
背景技术
随着对非常规油气藏认知的不断加深，二氧化碳无水压裂技术由于其“无水压裂”的特性正备受各界研究学者的关注。CO2无水压裂技术主要是用CO2无水压裂液(主要由液态CO2和极少量化学添加剂混合形成)代替传统水基压裂液进行储层改造，在提高体积压裂改造效果的同时，能够有效保护储层，并且节约大量的水资源。
然而，现场作业常需测取CO2无水压裂液的关键流体参数，例如导流能力的获取。但现行业常用压裂液导流能力测试仪器，例如由美国Core-Lab公司生产的FCES-100型裂缝导流仪，主要针对常规液体压裂液，例如冻胶压裂液或清水压裂液，对专门测试这种CO2无水压裂液的导流能力的系统与设备，市场上还没有成熟的产品销售。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种二氧化碳无水压裂液导流能力测试系统，可以模拟并测试二氧化碳无水压裂液在不同添加剂配比、不同温度、不同压力以及不同流速情况下，对加入各种支撑剂压裂的情况下的导流能力。
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导流能力测试系统，包括气体净化器5，气体净化器5的入口通过阀和两个以上的气瓶连接，气体净化器5的出口通过流量计6和制冷系统7中的液态CO2储罐8的入口连接，制冷系统7的制冷部分和液态CO2储罐8入口间的管路和第三阀9入口连接，第三阀9出口和大气相通，液态CO2储罐8出口和第四阀10入口、第一压力计12和第五阀11入口连接，第四阀10出口和大气相通，第五阀11出口通过CO2泵13和单向阀17入口连接；装有放空阀16的试剂罐15出口通过试剂泵14和单向阀17入口连接，单向阀17出口和搅料机18入口连接，搅料机18出口依次通过安全阀19、预热器20、第二压力计21和第六阀22和导流室23的入口连接，导流室23出口连接有温度计25，同时通过第三压力计26和回压阀27入口连接，回压阀27出口和大气相通，第三压力计26出口连接有真空泵支路和压裂液回收支路，其中，真空泵支路是真空泵29通过第七阀28和第三压力计26出口连接，压裂液回收支路是压裂液回收装置31通过第八阀30和第三压力计26出口连接，导流室23进出口处连接有压差传感器24。
所述CO2泵13和试剂泵14采用恒速恒压泵，调节泵的流量和合成压裂液中添加剂配比，最大工作压力在70MPa以上，从而可以模拟压裂施工时地层压力条件。
所述的导流室23采用FCES-100型裂缝导流仪的导流室，仪器最高实验温度180℃，最大闭合压力150MPa。
所述的测试系统所有连接管线均采用316L管线，以防CO2无水压裂液对管线的酸性腐蚀，且连接制冷系统7到导流室23之间所有管路，同时用保温材料缠绕包裹。
所述的流量计6、第一压力计12、CO2泵13、试剂泵14、第二压力计21、压差传感器24、温度计25、第三压力计26以及导流室23均通过数字采集控制卡和计算机连接，数字采集控制卡用于采集压力、温度、流量、位移、压差和泵排量，采集的数据经计算机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。
本发明的优点：可以模拟并测试二氧化碳无水压裂液在不同添加剂配比、不同温度、不同压力以及不同流速情况下，对加入各种支撑剂压裂的情况下的导流能力。具体为：
1、气瓶能够根据需要灵活选择气瓶接入数量；
2、CO2泵13和试剂泵14采用恒速恒压泵，可以根据需要，选择适当规格型号，设定排量，调节泵的流量和合成压裂液中添加剂配比；
3、放空阀16方便测试前后排空或清洗试剂罐，同时可以根据需要配置加热系统来控制温度；
4、单向阀17可以有效防止由CO2泵13和试剂泵14泵入管路的流体回流；
5、搅料机18可以充分混合由CO2泵13泵入管路的液态二氧化碳和由试剂泵14泵入的不同配比的添加剂，从而使得混合后的压裂液性质更加均匀；
6、预热器20用于适量加热混合后的压裂液，用于模拟地下一定深度处的温度条件；
7、导流室23最高实验温度180℃，最大闭合压力150MPa，该仪器按照API标准设计，通过模拟不同情况下的地层条件，可得到不同类型支撑剂短期或长期导流能力的优劣评价；
8、安全阀19和回压阀27可有效保障系统管线压力维持在一定范围内，从而维持系统安全；
9、真空泵29用于对导流室23以及相连管线内的气体进行排空，确保试验在测试液单向流下进行，保证测试压力的稳定；
10、压裂液回收装置31用于回收和处理实验测试后的二氧化碳压裂液，防止污染。
11、所有连接管线均采用316L管线，以防CO2无水压裂液对管线的酸性腐蚀；且连接制冷系统7到导流室23之间所有管路，可以用保温材料缠绕包裹，防止热量散失对测量结果产生误差。
12、流量计6、第一压力计12、CO2泵13、试剂泵14、第二压力计21、压差传感器24、温度计25、第三压力计26以及导流室23均通过数字采集控制卡和计算机连接，用于采集压力、温度、流量、位移、压差和泵排量，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。
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，一种二氧化碳无水压裂液导流能力测试系统，包括气体净化器5，气体净化器5的入口通过第一阀3、第二阀4分别和第一气瓶1，第二气瓶2连接，经过气体净化器5净化后，气体净化器5的出口通过流量计6和制冷系统7中的液态CO2储罐8的入口连接，制冷系统7的制冷部分和液态CO2储罐8入口间的管路和第三阀9入口连接，第三阀9出口和大气相通，液态CO2储罐8出口和第四阀10入口、第一压力计12和第五阀11入口连接，第四阀10出口和大气相通，第五阀11出口通过CO2泵13和单向阀17入口连接；装有放空阀16的试剂罐15出口通过试剂泵14和单向阀17入口连接，单向阀17出口和搅料机18入口连接，搅料机18出口依次通过安全阀19、预热器20、第二压力计21和第六阀22和导流室23的入口连接，进行相关测试，导流室23出口连接有温度计25，同时通过第三压力计26和回压阀27入口连接，回压阀27出口和大气相通，第三压力计26出口连接有真空泵支路和压裂液回收支路，其中，真空泵支路是真空泵29通过第七阀28和第三压力计26出口连接，压裂液回收支路是压裂液回收装置31通过第八阀30和第三压力计26出口连接，导流室23进出口处连接有压差传感器24。
所述的气瓶存放时应将气瓶瓶口向下倾斜存放，便于更好地保存和输出液化的二氧化碳。
所述的气体净化器5是为了除去原始二氧化碳气体中混杂的水蒸气杂质，提纯获得高精度二氧化碳气体。
所述CO2泵13和试剂泵14采用恒速恒压泵，可以根据需要，选择适当规格型号，设定排量，调节泵的流量和合成压裂液中添加剂配比，最大工作压力尽量高，最好在70MPa以上，从而可以模拟压裂施工时地层压力条件。
所述的放空阀16方便测试前后试剂罐15的排空或清洗，同时也能够根据需要配置加热系统来控制温度。
所述的搅料机18充分混合由CO2泵13泵入管路的液态二氧化碳和由试剂泵14泵入的不同配比的添加剂，从而使得混合后的压裂液性质均匀。
所述的安全阀19用于调节管路压力，防止CO2泵13和试剂泵14对流体增压后损坏管线。
所述的预热器20用于加热混合后的压裂液，模拟地下的温度条件。
所述的导流室23采用FCES-100型裂缝导流仪的导流室，仪器最高实验温度180℃，最大闭合压力150MPa，同时，改装后基本保持设备原有的气体测试和液体测试功能，该仪器按照API标准设计，通过模拟不同情况下的地层条件，能够得到不同类型支撑剂短期或长期导流能力的优劣评价，工作时，FCES-100型裂缝导流仪通过对装有支撑剂的测试室施加不同的闭合压力，使支撑剂处于半稳定状态，对支撑剂层注入试验液后，通过各种传感器和计算机定时采集，对每一闭合压力下的裂缝宽度、压差进行计量，实验时需重复此过程，直到所要求的各种闭合压力压裂液温度和流速都被评估，加闭合压力后，FCES-100型裂缝导流仪中导流室上下活塞紧贴密封圈，有效密封支撑剂填充层，维持稳定的闭合压力，且装置上下活塞、金属板、导流室均采用高强度不锈钢材料制作，有一定的耐蚀能，具有很大的耐压能力，能够确保在试验压力下不产生塑性变形。
所述的回压阀27用于稳定导流室23以及与导流室23相连管线压力，维持管线安全。
所述的真空泵29用于对导流室23以及相连管线内的气体进行排空，确保试验在测试液单向流下进行，保证测试压力的稳定，使用时，应首先关闭第六阀22阻断压裂液进入导流室23，然后关闭回压阀27和第八阀30，再打开真空泵29，待第三压力计26示数接近0时，先关闭第七阀28，再关闭真空泵29。
所述的压裂液回收装置31用于回收和处理实验测试后的二氧化碳压裂液，防止污染。
所述的测试系统所有连接管线均采用316L管线，以防CO2无水压裂液对管线的酸性腐蚀，且连接制冷系统7到导流室23之间所有管路，同时用保温材料缠绕包裹。
所述的流量计6、第一压力计12、CO2泵13、试剂泵14、第二压力计21、压差传感器24、温度计25、第三压力计26以及导流室23均通过数字采集控制卡和计算机连接，数字采集控制卡用于采集压力、温度、流量、位移、压差和泵排量，采集的数据经计算机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，且所述数字采集控制卡均采用MOX或C158H数字采集控制卡。
本发明的工作原理为：
第一气瓶1、第二气瓶2中CO2气体经过制冷系统7液化后储存在液态储罐8中，同时向试剂罐15中加入配制成份额不等的化学添加剂备用，并做好记录，紧接着向导流室23内均匀铺设一定厚度的支撑剂并施加适度的闭合压力且将其测试室内抽成真空。然后将由CO2泵13泵入的液态二氧化碳与由试剂泵14泵入的不同配比的添加剂充分混合预热形成的压裂液输入导流室23。通过设定导流室23以及CO2泵13、试剂泵14的相关参数，调节导流室23内压裂液温度和压力以及流速，通过各种传感器和计算机定时采集，对每一闭合压力和各种流速下的裂缝宽度、压差等进行计量，然后用达西定律相关公式计算支撑剂层的渗透率和裂缝导流能力，从而对二氧化碳无水压裂液的裂缝导流能力作出评价。
其中：系统压力主要由CO2泵13和试剂泵14，导流室23以及真空泵29来确定。系统流体温度主要受制冷系统7、预热器20和导流室23控制。压差传感器24读数，便是压裂液在支撑剂填充层的摩阻压降。导流室23的位移传感器读数，便是压裂液改造的裂缝宽度。此外，CO2泵13和试剂泵14还能调节流体流速和添加剂配比。
Claims (1)
1.一种二氧化碳无水压裂液导流能力测试系统，包括气体净化器(5)，其特征在于：气体净化器(5)的入口通过阀和两个以上的气瓶连接，气体净化器(5)的出口通过流量计(6)和制冷系统(7)中的液态CO2储罐(8)的入口连接，制冷系统(7)的制冷部分和液态CO2储罐(8)入口间的管路和第三阀(9)入口连接，第三阀(9)出口和大气相通，液态CO2储罐(8)出口和第四阀(10)入口、第一压力计(12)和第五阀(11)入口连接，第四阀(10)出口和大气相通，第五阀(11)出口通过CO2泵(13)和单向阀(17)入口连接；装有放空阀(16)的试剂罐(15)出口通过试剂泵(14)和单向阀(17)入口连接，单向阀(17)出口和搅料机(18)入口连接，搅料机(18)出口依次通过安全阀(19)、预热器(20)、第二压力计(21)和第六阀(22)和导流室(23)的入口连接，导流室(23)出口连接有温度计(25)，同时通过第三压力计(26)和回压阀(27)入口连接，回压阀(27)出口和大气相通，第三压力计(26)出口连接有真空泵支路和压裂液回收支路，其中，真空泵支路是真空泵(29)通过第七阀(28)和第三压力计(26)出口连接，压裂液回收支路是压裂液回收装置(31)通过第八阀(30)和第三压力计(26)出口连接，导流室(23)进出口处连接有压差传感器(24)；
所述CO2泵(13)和试剂泵(14)采用恒速恒压泵，调节泵的流量和合成压裂液中添加剂配比，最大工作压力在70MPa以上，从而模拟压裂施工时地层压力条件；
所述的导流室(23)采用FCES-100型裂缝导流仪的导流室，仪器最高实验温度180℃，最大闭合压力150MPa；
所述的测试系统所有连接管线均采用316L管线，以防CO2无水压裂液对管线的酸性腐蚀，且连接制冷系统(7)到导流室(23)之间所有管路，同时用保温材料缠绕包裹；
所述的流量计(6)、第一压力计(12)、CO2泵(13)、试剂泵(14)、第二压力计(21)、压差传感器(24)、温度计(25)、第三压力计(26)以及导流室(23)均通过数字采集控制卡和计算机连接，数字采集控制卡用于采集压力、温度、流量、位移、压差和泵排量，采集的数据经计算机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。
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