CN104914040B - 压裂液性能测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种压裂液性能测试系统，包括具有两相对设置的、可相对移动的壁板的携砂模拟装置，使之具有相互贴合的第一工作位置和具有预定距离的第二工作位置；两壁板上分别开设有缺口，当两壁板处于第一工作位置时，缺口形成进液孔，进入到进液孔中的压裂液能顶推所述的两壁板至第二工作位置；当两壁板处于第二工作位置时，两壁板之间形成中空腔室。能对两壁板施加使其向第一工作位置移动的压力的施压装置。本发明通过施压装置对用于模拟地层的两壁板施加预定的闭合压力，在测试或评价压裂液性能之前，模拟压裂造缝过程，从而使模拟更加贴近实际压裂过程，大大提高测试或评价的准确性。
Description
技术领域
本发明属于压裂液性能评价技术领域，尤其涉及一种压裂液性能测试系统和方法。
背景技术
压裂是指用地面高压泵组把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油层，当把油层压出裂缝后，随后压裂液中的携砂如石英砂等充填进入裂缝，提高油层的渗透和导流能力，以增加注水井的注水量或油井的产油量。
压裂过程包括两个主要的阶段：压裂造缝及支撑裂缝防止其闭合。其中压裂造缝的基本过程是在固井、完井后，对油气井的目标层段进行射孔，随后向套管中打入一定压力的压裂液，压裂液经射孔进入地层，随着打入压裂液的压力持续增大至超过地层破裂压力，即会产生裂缝。
压裂造缝阶段使用的压裂液称之为前置液，其主要任务是建立井底压力，使之逐渐达到地层的破裂压力，因此前置液中一般不加入石英砂等支撑剂。为了防止已经产生的裂缝在外界压力消失后闭合，需要在后续打入的具有一定粘度的压裂液中加入支撑剂，形成携砂压裂液，携砂压裂液进入裂缝中后，支撑剂在其中沉积铺置下来，支撑着裂缝防止其闭合。
通常情况下，压裂液的性能评价是在油田开发实验室中完成的，评价的性能包括携砂性能、支撑剂沉积铺置状态、摩阻性能以及流变性能等。现有技术在对压裂液的携砂性能、支撑剂沉积铺置状态进行评价时，通常是在宽度可变的模拟裂缝中进行的。其存在的问题是：虽然模拟裂缝的宽度可调，但是该模拟裂缝在压裂液进入之前既已存在，即现有技术只评价了防止裂缝闭合阶段的压裂液的携砂性能和/或支撑剂沉积铺置状态；此外，压裂液在模拟裂缝中流动时，虽然其宽度可调，但是压裂液中的支撑剂并未起到支撑模拟裂缝、防止其闭合的作用，这与实际的压裂过程相差较大。
发明内容
针对现有技术只能评价防止裂缝闭合阶段的压裂液的携砂性能和/或支撑剂沉积铺置状态的不足。本发明一方面提供一种压裂液性能测试系统，其技术方案如下：
一种压裂液性能测试系统，包括：
具有两相对设置的壁板的携砂模拟装置，所述的两壁板可相对移动，使之具有第一工作位置和第二工作位置；处于第一工作位置的两壁板相互贴合，处于第二工作位置的两壁板之间具有预定的距离；所述的两壁板上分别开设有预定长度的缺口，当所述的两壁板处于第一工作位置时，所述缺口形成进液孔，所述进液孔沿所述的两壁板可移动的方向具有预定的截面积，进入到所述进液孔中的压裂液能顶推所述的两壁板至第二工作位置；当所述的两壁板处于第二工作位置时，两壁板之间形成中空腔室；
施压装置，所述施压装置能对所述的两壁板施加使其向第一工作位置移动的压力。
如上所述的系统，所述的施压装置包括预定数量的液/气压施压装置和用于固设所述液/气压施压装置的固定架，所述液/气压施压装置的施压端与所述的两壁板的外板面固接；所述预定数量的液/气压施压装置分别对称均匀地固设在所述的两壁板的外板面上。
如上所述的系统，所述施压装置包括预定数量的弹性件和支撑件，所述弹性件的一端固设在所述支撑件上，另一端固设在所述的两壁板的外板面上；所述预定数量的分别对称均匀地固设在所述的两壁板的外板面上。
如上所述的系统，包括用于测试压裂液的流变性能和/或摩阻性能的管式流变装置，所述的管式流变装置的进口端和出口端分别连接有油浴加热装置和水浴冷却装置，所述携砂模拟装置的进液孔与所述水浴冷却装置连接。
如上所述的系统，包括用于对压裂液进行剪切流变的剪切模块，所述剪切模块包括依次连接的第一动力泵、第一剪切管路、第二动力泵和第二剪切管路，所述第二剪切管路与所述油浴加热装置连接。
如上所述的系统，包括配液装置，所述配液装置包括两个并联的储液罐和一个交联剂泵，所述两并联储液罐的内部均安装有搅拌器和体积定位器，两储液罐的底部共置一个空压机循环泵，所述空压机循环泵通过管线与储液罐入口相连，且空压机循环泵泵入的恒压气体能驱动压裂液在所述储液罐和管线中循环流动；所述交联剂泵和所述空压机循环泵通过管线与所述第一动力泵连接。
本发明另一方面提供一种压裂液性能测试方法，包括以下步骤：
对压裂液施加流动动力，使其产生预定的流速和压力；
使所述具有预定流速和压力的压裂液经如上所述的压裂液性能测试系统的所述进液孔进入携砂模拟装置，持续增大压裂液的注入压力，使初始处于第一工作位置的两壁板被顶推移动至第二工作位置；
对携砂压裂液施加流动动力，使其产生预定的流速和压力；
使所述具有预定流速和压力的携砂压裂液进入处于第二工作位置的两壁板之间形成的中空腔室内，对携砂压裂液的携砂性能和/或沉砂铺置状态进行评价。
如上所述的方法，对压裂液/携砂压裂液施加流动动力后进行剪切流变，完成剪切流变的压裂液/携砂压裂液再进入携砂模拟装置中。
如上所述的方法，对施加流动动力后的压裂液/携砂压裂液进行流变性能和/或摩阻性能的测试，完成流变性能和/或摩阻性能的测试压裂液/携砂压裂液再进入携砂模拟装置中。
借由以上的技术方案，本发明的有益效果在于：通过施压装置对用于模拟地层的两壁板施加预定的闭合压力，在测试或评价压裂液性能之前，模拟压裂造缝过程，从而使模拟更加贴近实际压裂过程，大大提高测试或评价的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施方式的携砂模拟装置的结构示意图，其中(a)为携砂模拟装置处于第一工作位置时的结构示意图，(b)为携砂模拟装置处于第二工作位置时的结构示意图；
图2为构成图1所示的携砂模拟装置的其中一块壁板的结构示意图；
图3为本发明实施方式的管式流变装置的结构示意图；
图4为本发明实施方式的剪切模块的结构示意图；
图5为本发明实施方式的配液装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请一并参见图1和图2。本发明实施方式提供的一种压裂液性能测试系统包括：具有两相对设置的壁板43的携砂模拟装置40，所述的两壁板43可相对移动，使之具有第一工作位置和第二工作位置；处于第一工作位置的两壁板43相互贴合，处于第二工作位置的两壁板43之间具有预定的距离；所述的两壁板43上分别开设有缺口45，当所述的两壁板43处于第一工作位置时，所述缺口45形成进液孔41，进入到所述进液孔41中的压裂液能顶推所述的两壁板43至第二工作位置；当所述的两壁板43处于第二工作位置时，两壁板43之间形成中空腔室49，进入到所述中空腔室49中的压裂液可在其中流动；当所述的两壁板43处于第一工作位置时，所述进液孔41沿压裂液流动方向w具有预定的长度，沿两壁板43可移动方向l具有预定的截面积；施压装置47，所述施压装置47能对所述的两壁板43施加使其向第一工作位置移动的压力。
本实施方式中两相对设置的壁板43处于第一工作位置时，在施压装置47的作用下，两壁板43具有一定的闭合压力，该闭合压力用于模拟实际地层压力，两壁板43上开设的缺口45形成的进液孔41用于模拟射孔。向进液孔41打入一定压力的压裂液，高的液压作用于进液孔41沿两壁板43可移动方向l的截面上，随着压裂液压力的持续增大至超过施压装置47施加的闭合压力，压裂液顶推着两壁板43向外移动，从而在两壁板43之间形成具有一定宽度的缝隙，该缝隙用于模拟实际压裂过程中的裂缝，此时的两壁板43处于第二工作位置，随后即向两壁板43形成的中空腔室49中打入携砂压裂液，进而对该携砂压裂液的携砂性能和/或沉砂铺置状态进行评价。
本实施方式通过施压装置47对用于模拟地层的两壁板43施加预定的闭合压力，在测试或评价压裂液性能之前，模拟压裂造缝过程，从而使模拟更加贴近实际压裂过程，大大提高测试或评价的准确性。
两壁板43的外周向密封，处于第二工作位置时的两壁板43之间形成中空腔室49是个密封空间，这样才能保证中空腔室49开启初期，进入其中的压裂液始终保持较高的压力。附图为了简化，将用于密封外周向的密封装置略去。壁板43可采用具有一定耐内压强度的透明材料，便于直观观测。
在某些实施方式中，施压装置47可以采用液/气压施压装置，将预定数量的液/气压施压装置固定在固定架上(图中未示出)，液/气压施压装置的施压端与两壁板43的外板面51固接。施压装置47也可使用弹性件，弹性件的一端固设在壁板43的外板面51上，另一端固设在支撑件上(图中未示出)，为了使壁板43均匀受力，将预定数量的液/气压施压装置或弹性件分别对称均匀地固设在两壁板43的外板面51上。
请参见图3。本发明的某些实施方式包括用于测试压裂液的流变性能和/或摩阻性能的管式流变装置3，所述的管式流变装置3的进口端和出口端分别连接有油浴加热装置1和水浴冷却装置5，所述携砂模拟装置40的进液孔41与所述水浴冷却装置5连接，设置管式流变装置3的目的是用于模拟测试压裂液进入裂缝之前在井筒中流动时性能。
请参见图4。本发明的某些实施方式包括用于对压裂液进行剪切流变的剪切模块50，所述剪切模块50包括依次连接的第一动力泵71、第一剪切管路51、第二动力泵73和第二剪切管路52，所述第二剪切管路52与所述油浴加热装置1连接，设置剪切模块50的目的是用于模拟压裂液进入裂缝之前在井筒中流动时，压裂液因与井筒筒壁之间存在摩擦导致的剪切作用。
请参见图5。为了实现压裂液的自给，本发明的某些实施方式还提供了配液装置10，包括两个并联的储液罐17和储液罐19，一个交联剂泵31，储液罐17和储液罐19的内部分别安装有搅拌器21和搅拌器23，体积定位器25和体积定位器27，储液罐17和储液罐19的下方共置一个空压机循环泵29，空压机循环泵29通过管线与储液罐17和储液罐19入口相连，通过空压机循环泵29泵入的恒压气体驱动压裂液在储液罐和管线中循环流动，第一动力泵71的入口端安装有三通阀70，交联剂泵31和空压机循环泵29通过管线与所述第一动力泵71入口端的三通阀70连接。
本发明还提供了利用本实施方式的压裂液性能测试系统进行压裂液性能测试的方法，其步骤是：先对压裂液施加流动动力，使其产生预定的流速和压力；使具有预定流速和压力的压裂液经本发明实施方式的压裂液性能测试系统的所述进液孔41进入携砂模拟装置40，持续增大压裂液的注入压力，使初始处于第一工作位置的两壁板43被顶推移动至第二工作位置；该阶段的压裂液不携砂，其主要作用是模拟压裂造缝，相当于前置液。对携砂压裂液施加流动动力，使其产生预定的流速和压力；使所述具有预定流速和压力的携砂压裂液进入处于第二工作位置的两壁板43之间形成的中空腔室49内，对携砂压裂液的携砂性能和/或沉砂铺置状态进行评价。
此外，对压裂液/携砂压裂液施加流动动力后进行剪切流变，完成剪切流变的压裂液/携砂压裂液再进入携砂模拟装置中。
对施加流动动力后的压裂液/携砂压裂液进行流变性能和/或摩阻性能的测试，完成流变性能和/或摩阻性能的测试压裂液/携砂压裂液再进入携砂模拟装置中，使本发明实施方式的压裂液性能测试方法真实模拟实际压裂过程，可大大提高测试或评价的准确度。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (9)
1.一种压裂液性能测试系统，其特征在于，包括：
具有两相对设置的壁板的携砂模拟装置，所述的两壁板可相对移动，使之具有第一工作位置和第二工作位置；处于第一工作位置的两壁板相互贴合，处于第二工作位置的两壁板之间具有预定的距离；所述的两壁板上分别开设有预定长度的缺口，当所述的两壁板处于第一工作位置时，所述缺口形成进液孔，所述进液孔沿所述的两壁板可移动的方向具有预定的截面积，进入到所述进液孔中的压裂液能顶推所述的两壁板至第二工作位置；当所述的两壁板处于第二工作位置时，两壁板之间形成中空腔室；
施压装置，所述施压装置能对所述的两壁板施加使其向第一工作位置移动的压力。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述施压装置包括预定数量的液/气压施压装置和用于固设所述液/气压施压装置的固定架，所述液/气压施压装置的施压端与所述的两壁板的外板面固接；所述预定数量的液/气压施压装置分别对称均匀地固设在所述的两壁板的外板面上。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述施压装置包括预定数量的弹性件和支撑件，所述弹性件的一端固设在所述支撑件上，另一端固设在所述的两壁板的外板面上；所述预定数量的弹性件分别对称均匀地固设在所述的两壁板的外板面上。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：包括用于测试压裂液的流变性能和/或摩阻性能的管式流变装置，所述的管式流变装置的进口端和出口端分别连接有油浴加热装置和水浴冷却装置，所述携砂模拟装置的进液孔与所述水浴冷却装置连接。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：包括用于对压裂液进行剪切流变的剪切模块，所述剪切模块包括依次连接的第一动力泵、第一剪切管路、第二动力泵和第二剪切管路，所述第二剪切管路与所述油浴加热装置连接。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于：包括配液装置，所述配液装置包括两个并联的储液罐和一个交联剂泵，所述两并联储液罐的内部均安装有搅拌器和体积定位器，两储液罐的底部共置一个空压机循环泵，所述空压机循环泵通过管线与储液罐入口相连，且空压机循环泵泵入的恒压气体能驱动压裂液在所述储液罐和管线中循环流动；所述交联剂泵和所述空压机循环泵通过管线与所述第一动力泵连接。
7.一种压裂液性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
对压裂液施加流动动力，使其产生预定的流速和压力；
使所述具有预定流速和压力的压裂液经如权利要求1-6任一项所述的压裂液性能测试系统的所述进液孔进入携砂模拟装置，持续增大压裂液的注入压力，使初始处于第一工作位置的两壁板被顶推移动至第二工作位置；
对携砂压裂液施加流动动力，使其产生预定的流速和压力；
使所述具有预定流速和压力的携砂压裂液进入处于第二工作位置的两壁板之间形成的中空腔室内，对携砂压裂液的携砂性能和/或沉砂铺置状态进行评价。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：对压裂液/携砂压裂液施加流动动力后进行剪切流变，完成剪切流变的压裂液/携砂压裂液再进入携砂模拟装置中。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：对施加流动动力后的压裂液/携砂压裂液进行流变性能和/或摩阻性能的测试，完成流变性能和/或摩阻性能的测试压裂液/携砂压裂液再进入携砂模拟装置中。
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