CN105203295A - 用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置和方法。该测量装置包括用于接受压裂液的进液管路和用于输出压裂液的出液管路；至少两个并联在进液管路和出液管路之间的测试管路，各测试管路的孔径彼此不同；以及用于测量测试管路两端的压差的压差测量单元。当测试管路的孔径不同时，其剪切速率的范围也不同。因此，可以有效地增加测量装置中的测试管路的剪切速率范围。

Description

用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置及方法。

背景技术

在压裂过程中，随着排量的提高，压裂液在管线中的摩擦阻力将大幅度地增加，使施工的泵压大部分消耗在克服管路摩阻上，从而减小了实际作用于产层的压力。为了实现大排量施工，通常在压裂液中加入减阻剂，以降低压裂液的摩阻。在现场施工之前，一股先通过实验模拟在实际工作过程中减阻剂对压裂液的摩阻的影响。

现有技术中的用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置包括储液罐单元、动力泵和测试管路。储液罐单元、动力泵和测试管路通过普通管路顺次串联成闭合循环回路。并且在测试管路的两端设有压力测量单元。通过压力测量单元测出压裂液流经测试管路时，在测试管路的两端产生的压差，从而计算得到压裂液的摩阻性能。但是，该摩阻测定装置中的测试管路的剪切速率范围较小，使得该摩阻测定装置的使用范围受限。

因此，如何解决测试管路的剪切速率范围较小的问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置，可以有效地增大测试管路的剪切速率范围。

本发明的用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置包括用于接受压裂液的进液管路和用于输出压裂液的出液管路；至少两个并联在进液管路和出液管路之间的测试管路，各测试管路的孔径彼此不同；以及用于测量测试管路两端压差的压差测量单元。

在一个实施例中，还包括并联在进液管路和出液管路之间的回流管路。

在一个实施例中，在所述回流管路上设有齿轮泵。

在一个实施例中，所述压差测量单元为设置在所述回流管路上的流量计。

在一个实施例中，各测试管路的进液端和出液端、所述出液管路的出液端，以及所述回流管路的进液端分别设置有阀门。

在一个实施例中，设有四个测试管路，其孔径分别为1/4英寸、3/8英寸、5/8英寸及1英寸。

在一个实施例中，孔径最小的测试管路与所述回流管路之间的距离最近，而孔径最大的测试管路与所述回流管路之间的距离最远。

在一个实施例中，还包括用于接受从所述出液管路排出的压裂液的废液罐、用于存储压裂液的储液单元，以及用于将所述储液单元中的压裂液泵入所述进液管路的注液泵。

在一个实施例中，各测试管路的材质均为哈氏合金。

本发明的用于测量压裂液的摩擦阻力的方法，包括下述步骤：将测试管路和回流管路中均注入压裂液。从孔径最大的测试管路向孔径最小的测试管路进行测试。

相对于现有技术，本发明的用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置包括进液管路、出液管路、测试管路及压差测量单元。其中，测试管路并联在进液管路和出液管路之间。测试管路设有至少两个，并且各测试管路的孔径均不相同。进液管路用于接受压裂液，出液管路用于输出压裂液。压差测量单元用于测量测试管路两端的压差，以得到压裂液的摩阻性能。当测试管路的孔径不同时，其剪切速率的范围也不同。因此，可以有效地增加测量装置中的测试管路的剪切速率范围。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。在图中：

图1为本发明的用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供的用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置包括进液管路2、出液管路3和测试管路5。其中，测试管路5的进液口设在进液管路2上，出液口设置出液管路3上。压裂液依次流过进液管路2、测试管路5和出液管路3。当压裂液流过测试管路5时，会在测试管路5的两端产生压差，通过压差测量单元测出测试管路5两端的压差来得到降阻率。

当测试管路5的孔径不同时，其剪切速率也会相应改变。因此，在进液管路2和出液管路3之间设有至少两个测试管路5。其中，每个测试管路5的孔径均不相同，并且各测试管路5的进液口均设在进液管路2上，而出液口均设在出液管路3上。这样，可以增加测量装置的测试管路5的剪切速率范围，从而可以测量压裂液在更大范围的剪切速率下的降阻率。此外，如此设置，结构简单，管路较短，从而方便进行加温测试实验。而且各个测试管路5互不影响，方便测量在其中一个测试管路5下的降阻率。

测试管路5的材质可以为哈氏合金，以减少含强酸的压裂液对其的腐蚀。此外，选取测试管路5的孔径时，优先选用孔径最大的测试管路5的直径为1英寸，而孔径最小的测试管路5的直径为1/4英寸。这样，可以通过设置较少的测试管路5来达到所限定的剪切速率范围。

在一个实施例中，测试管路5设有四个。每个测试管路5的孔径分别为1/4英寸、3/8英寸、5/8英寸及1英寸。1英寸测试管路51的剪切速率范围为50/s至200/s。5/8英寸测试管路52的剪切速率范围为100/s至800/s。3/8英寸测试管路53的剪切速率范围为500/s至4000/s。1/4英寸测试管路54的剪切速率范围为2000/s至12000/s。这样，可以使测量装置的测试管路5的总剪切速率范围为50/s至12000/s。此外，一个测试管路5的剪切速率与另外一个测试管路5的剪切速率部分重合，可以有效地防止不能测试到在个别的剪切速率下的降阻率。

该测量装置还包括回流管路4。回流管路4的进液口也设在进液管路2上，出液口设在出液管路3上。这样，回流管路4可以与各测试管路5之间形成回路，从而可以实现测试管路5的无限循环，而且还可以节省空间。此外，如此设置，还可以使所有的测试管路5使用同一回流管路4，结构简单，节省空间，同时也可以降低对管路加热时的能耗。而且压裂液处于密闭的加压环境中，能有效地降低压裂液中的气体对摩阻的干扰。

该测量装置还包括设置在进液管路2的进液口端的储液单元1，以及设在出液管路3的出液口端并用于接受废液的废液罐10。在进液管路2上设有用于向进液管路2中泵入压裂液的注液泵8。设置注液泵8时，应保证注液泵8能够将压裂液泵入所有的测试管路5和回流管路4中。

当需要测量压裂液的降阻率时，先将压裂液从储液单元1泵入回流管路4和测试管路5中。注液泵8可以选用本领域技术人员所熟知的注液泵8，例如加压泵。储液单元1可以选用本领域技术人员所熟知的储液单元1，例如储液罐。

进一步地，在回流管路4上设有齿轮泵6。当压裂液在测试管路5和回流管路4之间循环时，通过齿轮泵6为压裂液提供动力。这样，可以防止压裂液的流速过慢，同时有效地保证了压裂液在测试管路5中平稳均匀的流动，从而使所测得的摩阻数据更为稳定、准确。此外，将齿轮泵6设在回流管路4上，结构简单，同时也节省空间。

压差测量单元可以为安装在回流管路4上的流量计7，以方便安装，节省空间。当然，压差测量单元也可以为分别设置在测试管路5两端的压差变送器，等。

进一步地，在测试管路5的进液口端和出液口端分别设有阀门9，以防止在使用其中一个测试管路5的过程中，其余的测试管路5对正在测试的测试管路5产生影响。在回流管路4的进液口端也设有阀门9，以使测试管路5中的压裂液能够从出液管路3流出。在出液管路3的出液口端也设有阀门9，以使测试管路5与回流管路4间能够形成回流，同时也可以使压裂液不受外界环境的干扰。还可以在储液单元1与注液泵8之间设置供液球阀11，以控制进液管路2的通断。优选地，设置在回流管路4上的阀门9可以为中间截止阀，设置在出液管路3上的阀门9可以为放空阀门。

此外，布置管路时，使孔径最小的测试管路5与回流管路4之间的距离最近，而孔径最大的测试管路5与回流管路4之间的距离最远。这样，可以减少齿轮泵6所需提供的动力，从而提高其使用寿命。

需要测量压裂液的摩阻时，先将压裂液配置好放置到储液单元1中。控制进液管路2上的供液球阀11，并控制注液泵8对整体管路进行充液。打开出液管路3上的阀门9，将部分压裂液排入到废液罐10中。当管路中充满压裂液后，分别关闭注液泵8、进液管路2的供液球阀11，以及出液管路3的阀门9，并打开出液管路3上的阀门9。

根据需要打开测试管路5，例如，首先测试1英寸测试管路51，则打开1英寸测试管路51上的阀门9，关闭其他测试管路5上的阀门9，并分别启动齿轮泵6和流量计7。然后进行测试，并根据测试数据计算得到1英寸测试管路51对压裂液的摩阻。待完成1英寸测试管路51的测试后，再逐一在5/8英寸测试管路52、3/8英寸测试管路53及1/4英寸测试管路54内进行测试。

测试完成后，打开出液管路3的阀门9，将各个管路中的压裂液排入到废液罐10。并利用清水对测试管路5进行冲洗，以保证再次实验的准确性。最后，清理实验装置和场地，整理实验数据，完成实验。

当然，也可以以其他顺序在四个测试管路5中进行测试。或者，只在部分测试管路5中进行测试。当只在部分测试管路5中进行测试时，例如只在5/8英寸测试管路52、3/8英寸测试管路53及1/4英寸测试管路54内进行测试时，可以使1英寸测试管路51的阀门9在整个实验过程中始终处于关闭状态。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于测量压裂液的摩擦阻力的测量装置，包括：

用于接受压裂液的进液管路和用于输出压裂液的出液管路；

至少两个并联在进液管路和出液管路之间的测试管路，各测试管路的孔径彼此不同；以及

用于测量测试管路两端压差的压差测量单元。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括并联在进液管路和出液管路之间的回流管路。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，在所述回流管路上设有齿轮泵。

4.根据权利要求2或3所述的测量装置，其特征在于，所述压差测量单元为设置在所述回流管路上的流量计。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的测量装置，其特征在于，各测试管路的进液端和出液端、所述出液管路的出液端，以及所述回流管路的进液端分别设置有阀门。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的测量装置，其特征在于，设有四个测试管路，其孔径分别为1/4英寸、3/8英寸、5/8英寸及1英寸。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的测量装置，其特征在于，孔径最小的测试管路与所述回流管路之间的距离最近，而孔径最大的测试管路与所述回流管路之间的距离最远。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的测量装置，其特征在于，还包括用于接受从所述出液管路排出的压裂液的废液罐、用于存储压裂液的储液单元，以及用于将所述储液单元中的压裂液泵入所述进液管路的注液泵。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的测量装置，其特征在于，各测试管路的材质均为哈氏合金。

10.一种用于测量压裂液的摩擦阻力的方法，包括下述步骤：

将测试管路和回流管路中均注入压裂液，

从孔径最大的测试管路向孔径最小的测试管路进行测试。