CN105628557A - 压裂液摩阻测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂液摩阻测试装置及测试方法，包括：供料装置和M个摩阻测试通道；供料装置的出液口通过进管路与每个摩阻测试通道的第一端口连接，每个摩阻测试通道的第二端口通过出管路连接回供料装置中，每个摩阻测试通道的第一端口均安装有前压力变送器、前可调流量阀和流量计，每个摩阻测试通道的第二端口均安装有后压力变送器和后可调流量阀；其中，M个摩阻测试通道包括至少一个水平圆通道、至少一个螺旋型圆通道、至少一个水平裂缝通道、至少一个S型裂缝通道和至少一个方波型裂缝通道并联而成。从而解决了现有技术中地下空间内压裂液摩阻理论缺乏可靠的室内数据的技术问题，有利于提高压裂效率。

Description

压裂液摩阻测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种压裂液摩阻测试装置及测试方法。

背景技术

煤层气和页岩气在国家能源结构中的比例逐年增大，对国家经济发展的作用日益突出。水力压裂作为一种切实有效的方法在常规油气开发中得到了应用，如今已大量应用于煤层气和页岩气开采过程中。压裂液作为开发地下气藏的介质，起到压裂地层、改变地层压力，造缝携砂，生成产气通道的作用。由于煤层气和页岩气深埋地下，尤其是页岩气常常位于地下两三千米处，压裂液经地面泵送到储层时往往压力损失巨大，起不到充分压裂地层，形成缝网的作用，这就给地面设备、气田产能造成影响，同时压裂液在地下裂缝内流动时也会造成动能损失，尤其是裂缝形状不规则、裂缝转向、多分枝缝的情况下，局部动能损失严重，压力传递效果不佳。传统压裂液摩阻测量方法仅仅局限于圆形钢管内模拟，不能得到井眼形状、细长裂缝、变形裂缝和转向裂缝对压裂液能量损失的评价，对管汇、井眼和裂缝的模拟不具有针对性，使得地下空间内压裂液摩阻理论缺乏可靠的室内数据。

发明内容

本发明实施例通过提供一种压裂液摩阻测试装置及测试方法，解决了现有技术中地下空间内压裂液摩阻理论缺乏可靠的室内数据的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种压裂液摩阻测试装置，包括：供料装置和M个摩阻测试通道，M为大于4的整数；所述供料装置的出液口通过进管路与每个所述摩阻测试通道的第一端口连接，每个所述摩阻测试通道的第二端口通过出管路连接回所述供料装置中，每个所述摩阻测试通道的所述第一端口均安装有前压力变送器、前可调流量阀和流量计，每个所述摩阻测试通道的所述第二端口均安装有后压力变送器和后可调流量阀；其中，所述M个摩阻测试通道包括至少一个水平圆通道、至少一个螺旋型圆通道、至少一个水平裂缝通道、至少一个S型裂缝通道和至少一个方波型裂缝通道并联而成。

优选的，所述供料装置包括：混料罐，废液罐，注水泵，循环泵；在所述混料罐中设置有搅拌器，所述注水泵的泵注出口连通至所述混料罐中，所述混料罐上还开有加料口，所述循环泵的泵注入口连接所述混料罐；所述循环泵的泵注出口通过所述进管路连接每个所述摩阻测试通道的所述第一端口，每个所述摩阻测试通道的所述第二端口通过所述出管路连接至所述混料罐中和所述废液罐中。

优选的，所述进管路具体为第一多通管；所述循环泵的所述泵注出口连接所述第一多通管的第一总管口，每个所述摩阻测试通道的所述第一端口对应连接所述第一多通管的一个子管口。优选的，所述第一总管口上安装有压力表，所述第一总管口上安装有溢流阀。

优选的，所述出管路具体为第二多通管；所述第二多通管的第二总管口连接至所述混料罐中和所述废液罐中，每个所述摩阻测试通道的所述第二端口对应连接所述第二多通管的一个子管口。

优选的，所述供料装置还包括三通阀；所述三通阀的进口与所述第二总管口连接，所述三通阀的一个出口连接所述混料罐，所述三通阀的另一个出口连接所述废液罐。

优选的，所述水平裂缝通道具体为：对称压紧的两块钢板组成，每块所述钢板上加工有一个矩形凹槽，两块所述钢板的所述矩形凹槽互为镜像对称。

优选的，所述S型裂缝通道具体为：两块对称压紧的钢板组成，每块所述钢板上加工有S型凹槽，两块所述钢板上的所述S型凹槽互为镜像对称。

优选的，所述方波型裂缝通道具体为：两块对称压紧的钢板组成，每块所述钢板上加工有方波型凹槽，两块所述钢板上的所述方波型凹槽互为镜像对称，其中，所述方波型凹槽的波峰长度与所述方波型凹槽的波谷长度相同。

第二方面，本发明实施例提供一种压裂液摩阻测试方法，应用于第一方面任一所述的压裂液摩阻测试装置中，所述压裂液摩阻测试方法包括如下步骤：步骤1：将每个所述前可调流量阀调至全开流量，以及将每个所述后可调流量阀调至不超过半开流量后，向所述供料装置内注入清水后启动泵注；步骤2：依次调节每个所述后可调流量阀，使得每个所述流量计为相同流量时，获取每个所述前压力变送器的数据和每个所述后压力变送器的数据；步骤3：多次重复步骤2，获取不同流量下每个所述前压力变送器的数据和每个所述后压力变送器的数据；步骤4：关闭所述供料装置后进行彻底排液；步骤5：向所述供料装置内注入压裂液并启动泵注后，并重复步骤2～步骤4。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本发明采用供料装置的出液口通过进管路与每个摩阻测试通道的第一端口连接，每个摩阻测试通道的第二端口通过出管路连接回供料装置中，每个所摩阻测试通道的第一端口均安装有前压力变送器、前可调流量阀和流量计，每个摩阻测试通道的第二端口均安装有后压力变送器和后可调流量阀；其中，摩阻测试通道包括至少一个水平圆通道、至少一个螺旋型圆通道、至少一个水平裂缝通道、至少一个S型裂缝通道和至少一个方波型裂缝通道并联而成。从而能够同时对不同类型的通道进行模拟，能够同时模拟管汇、造斜段、裂缝、裂缝变形处、裂缝转向处的压力损失，因此评价具有同步性和针对性，同时对压裂液配方无局限性，实现各种配方体系、井筒环境、裂缝环境的室内试验模拟，能够得到压裂液在不同类型管道、地下裂缝以及不同流量下的对比数据，有利于调整压裂液的配方，使其达到预计的减阻效果。从而解决了现有技术中地下空间内压裂液摩阻理论缺乏可靠的室内数据的技术问题，有利于提高压裂效率。

2、本发明压裂液摩阻测试装置中，摩阻测试通道前端通过第一多通管连接，摩阻测试通道后端通过第二多通管连接，因此前端分流，后端汇流能保证压裂液充分流经各个通道，各类型通道独立测量，相互不影响，保证同时每个通道模拟的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中压裂液摩阻测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中M个摩阻测试通道的通道形状示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的前提下，本发明中的实施例或特征可以相互组合。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。

参考图1和图2所示，本发明实施例提供的一种压裂液摩阻测试装置，包括：供料装置1和M个摩阻测试通道。

供料装置1的出液口通过进管路与每个摩阻测试通道的第一端口连接，每个摩阻测试通道的第二端口通过出管路连接回供料装置1中，每个摩阻测试通道的第一端口均安装有前压力变送器2、前可调流量阀3和流量计4。每个摩阻测试通道的第二端口均安装有后压力变送器5和后可调流量阀6。其中，M个摩阻测试通道包括至少一个水平圆通道7、至少一个螺旋型圆通道8、至少一个水平裂缝通道9、至少一个S型裂缝通道10和至少一个方波型裂缝通道11并联而成。

具体的，在每个摩阻测试通道的第一端口由远及近依次安装为流量计4、前可调流量阀3、前压力变送器2。每个流量计4距离所在摩阻测试通道的第一端口的距离相同，每个前可调流量阀3距离所在摩阻测试通道的第一端口的距离相同，每个前压力变送器2距离所在摩阻测试通道的第一端口的距离也相同。

具体的，每个摩阻测试通道的第二端口由远及近依次安装有后可调流量阀6、后压力变送器5。每个后可调流量阀6距离所在摩阻测试通道的第二端口的距离相同，每个后压力变送器5距离所在摩阻测试通道的第二端口的距离相同。

在一种实施方式中，共设置有五个摩阻测试通道并联而成，每个类型的摩阻测试通道设置一个，即：一个水平圆通道7、一个螺旋型圆通道8、一个水平裂缝通道9、一个S型裂缝通道10、一个方波型裂缝通道11。

具体的，水平圆通道7具体为管径一致的无缝钢管，水平圆通道7的外壁直径也一致，无缝钢管的截面为环形。

具体的，螺旋型圆通道8具体为无缝钢管加工而成，螺旋型圆通道8的螺距均匀，螺旋型圆通道8的径向截面为环形。

具体的，水平裂缝通道9具体为对称压紧的两块钢板组成，每块钢板上加工有一个贯穿钢板长度方向的矩形凹槽，两块钢板的矩形凹槽互为镜像对称，拼接形成规则的长方体裂缝。在具体实施过程中，矩形凹槽的槽深为1～15mm。比如，矩形凹槽可以为槽深4mm，则拼接形成厚度为8毫米的规则长方体裂缝。

具体的，S型裂缝通道10具体为两块对称压紧的钢板组成，每块钢板上加工有一个贯穿钢板长度方向的S型凹槽，两块钢板上的S型凹槽互为镜像对称，从而完全匹配拼接形成规则的S型裂缝通道10。在具体实施过程中，S型凹槽的槽深为1～15mm。比如，S型凹槽可以为槽深4mm，拼接形成厚度为8毫米的规则长方体裂缝。具体的，S型凹槽的槽深方向为矩形、半圆形等等。

具体的，方波型裂缝通道11具体为两块对称压紧的钢板组成，每块钢板上加工有一个贯穿钢板长度方向的方波型凹槽，两块钢板上的方波型凹槽互为镜像对称，从而完全匹配拼接形成规则的方波型裂缝通道11。方波型凹槽的波峰长度与方波型凹槽的波谷长度相同，具体的，方波型凹槽的槽深方向为矩形、半圆形等等。

在另一实施方式中，设置五个类型的摩阻测试通道并联而成，每个类型的摩阻测试通道设置多个，或者部分类型的摩阻测试通道设置多个。同一类型的多个摩阻测试通道的具体参数不同。比如，针对有多个螺旋型圆通道8，多个螺旋型圆通道8的螺旋形状、螺距、螺旋外径、径向截面尺寸中至少一项不相同；又比如，针对有多个水平圆通道7，则多个水平圆通道7的内径不同；又比如，针对有多个水平裂缝通道9，则多个水平裂缝通道9的槽深不同；又比如，针对有多个S型裂缝通道10，则多个S型裂缝通道10的S型尺寸、S型类型中的至少一项不相同；又比如，针对多个方波型裂缝通道11，则多个方波型裂缝通道11的波峰长度，波谷长度、波峰幅度中的至少一项不相同。

具体的，供料装置1包括混料罐1-1，废液罐1-2，注水泵1-3和循环泵1-4。在混料罐1-1中设置有搅拌器1-5，搅拌器1-5用于对供料装置1中配制压裂液时搅拌均匀。注水泵1-3的泵注出口连通至混料罐1-1中，混料罐1-1上还开有加料口，用于加入配制压裂液的所需成分。具体的，循环泵1-4的泵注入口连接混料罐1-1，循环泵1-4的泵注出口通过进管路连接每个摩阻测试通道的第一端口，从而使得整个供料装置1的出液口连通到每个摩阻测试通道的第一端口；每个摩阻测试通道的第二端口通过出管路连接至混料罐1-1中和废液罐1-2中，使得每个摩阻测试通道的第二端口连接回供料装置1中，测试之后的液体根据需要最终循环回废液罐1-2或混料罐1-1中。

具体的，进管路具体为第一多通管12，第一多通管12至少有第一总管口和多个子管口，将来自供料装置1的测试液体分流到每个摩阻测试通道中，第一多通管12的子管口个数至少等于摩阻测试通道的并联个数。循环泵1-4的泵注出口连接第一多通管12的第一总管口，每个摩阻测试通道的第一端口对应连接第一多通管12的一个子管口。在第一总管口上安装有压力表13，第一总管口上还安装有溢流阀14。比如，在第一总管口的水平上方安装有压力表，在第一总管口的水平下方安装有溢流阀。

具体的，出管路具体为第二多通管15，第二多通管15的第二总管口连接至混料罐1-1中和废液罐1-2中，每个摩阻测试通道的第二端口对应连接第二多通管15的一个子管口，从而能够流经每个摩阻测试通道后的测试液体汇合流回混料罐1-1或废液罐1-2中。

针对五个摩阻测试通道并联的情况，第一多通管12和第二多通管13为相同的六通管，第一多通管12将供料装置1中的压裂液或清水分流到五个摩阻测试通道中，第二多通管15将经过五个摩阻测试通道后的压裂液或清水汇合。

在一实施例中，供料装置1还包括三通阀1-6，三通阀1-6的进口与第二总管口连接，三通阀1-6的一个出口连接混料罐1-1，三通阀1-6的另一个出口连接废液罐1-2。因为有的测试液体在做完两三次实验后剪切稀释严重，不具有重复性，从而稀释严重的测试液体在循环固定时间后通过切换通道流入废液罐1-2，否则直接流回混料罐1-1中用于下一次实验。

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种压裂液摩阻测试方法，应用于前述实施例的压裂液摩阻测试装置中。

具体的，压裂液摩阻测试方法包括如下步骤：

步骤1：将每个前可调流量阀3调至全开流量，以及将每个后可调流量阀6调至不超过半开流量后，向供料装置1内注入清水后启动泵注。

步骤2：依次调节每个后可调流量阀6，使得每个流量计4为相同流量时，获取每个前压力变送器2的数据和每个后压力变送器5的数据。

步骤3：多次重复步骤2，获取不同流量下每个前压力变送器2的数据和每个后压力变送器5的数据。

步骤4：关闭供料装置1后进行彻底排液。

步骤5：向供料装置1内注入压裂液并启动泵注后，并重复步骤2～步骤4。

在具体实施过程中，压裂液包括水、减阻剂、抑制剂、杀菌剂。压裂液摩阻测试装置上安装有摩阻测量的传感器，在对压裂液的摩阻变化采用传感器测量，测量数据上传到上位机观察、存储，有效地统计压裂液针对不同环境下的作用效果和压力损失。

通过上述提供的一个多个技术方案，至少实现了如下技术效果或特点：

1、本发明采用供料装置的出液口通过进管路与每个摩阻测试通道的第一端口连接，每个摩阻测试通道的第二端口通过出管路连接回供料装置中，每个所摩阻测试通道的第一端口均安装有前压力变送器、前可调流量阀和流量计，每个摩阻测试通道的第二端口均安装有后压力变送器和后可调流量阀；其中，摩阻测试通道包括至少一个水平圆通道、至少一个螺旋型圆通道、至少一个水平裂缝通道、至少一个S型裂缝通道和至少一个方波型裂缝通道并联而成。从而能够同时对不同类型的通道进行模拟，能够同时模拟管汇、造斜段、裂缝、裂缝变形处、裂缝转向处的压力损失，因此评价具有同步性和针对性，同时对压裂液配方无局限性，实现各种配方体系、井筒环境、裂缝环境的室内试验模拟，能够得到压裂液在不同类型管道、地下裂缝以及不同流量下的对比数据，有利于调整压裂液的配方，使其达到预计的减阻效果。从而解决了现有技术中地下空间内压裂液摩阻理论缺乏可靠的室内数据的技术问题，有利于提高压裂效率。

2、本发明压裂液摩阻测试装置中，摩阻测试通道前端通过第一多通管连接，摩阻测试通道后端通过第二多通管连接，因此前端分流，后端汇流能保证压裂液充分流经各个通道，各类型通道独立测量，相互不影响，保证同时每个通道模拟的可靠性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种压裂液摩阻测试装置，其特征在于，包括：供料装置和M个摩阻测试通道，M为大于4的整数；

所述供料装置的出液口通过进管路与每个所述摩阻测试通道的第一端口连接，每个所述摩阻测试通道的第二端口通过出管路连接回所述供料装置中，每个所述摩阻测试通道的所述第一端口均安装有前压力变送器、前可调流量阀和流量计，每个所述摩阻测试通道的所述第二端口均安装有后压力变送器和后可调流量阀；

其中，所述M个摩阻测试通道包括至少一个水平圆通道、至少一个螺旋型圆通道、至少一个水平裂缝通道、至少一个S型裂缝通道和至少一个方波型裂缝通道并联而成。

2.如权利要求1所述的压裂液摩阻测试装置，其特征在于，所述供料装置包括：混料罐，废液罐，注水泵，循环泵；

在所述混料罐中设置有搅拌器，所述注水泵的泵注出口连通至所述混料罐中，所述混料罐上还开有加料口，所述循环泵的泵注入口连接所述混料罐；

所述循环泵的泵注出口通过所述进管路连接每个所述摩阻测试通道的所述第一端口，每个所述摩阻测试通道的所述第二端口通过所述出管路连接至所述混料罐中和所述废液罐中。

3.如权利要求2所述的压裂液摩阻测试装置，其特征在于，所述进管路具体为第一多通管；

所述循环泵的所述泵注出口连接所述第一多通管的第一总管口，每个所述摩阻测试通道的所述第一端口对应连接所述第一多通管的一个子管口。

4.如权利要求3所述的压裂液摩阻测试装置，其特征在于，所述第一总管口上安装有压力表，所述第一总管口上安装有溢流阀。

5.如权利要求2所述的压裂液摩阻测试装置，其特征在于，所述出管路具体为第二多通管；

所述第二多通管的第二总管口连接至所述混料罐中和所述废液罐中，每个所述摩阻测试通道的所述第二端口对应连接所述第二多通管的一个子管口。

6.如权利要求5所述的压裂液摩阻测试装置，其特征在于，所述供料装置还包括三通阀；

所述三通阀的进口与所述第二总管口连接，所述三通阀的一个出口连接所述混料罐，所述三通阀的另一个出口连接所述废液罐。

7.如权利要求1所述的压裂液摩阻测试装置，其特征在于，所述水平裂缝通道具体为：对称压紧的两块钢板组成，每块所述钢板上加工有一个矩形凹槽，两块所述钢板的所述矩形凹槽互为镜像对称。

8.如权利要求1所述的压裂液摩阻测试装置，其特征在于，所述S型裂缝通道具体为：两块对称压紧的钢板组成，每块所述钢板上加工有S型凹槽，两块所述钢板上的所述S型凹槽互为镜像对称。

9.如权利要求1所述的压裂液摩阻测试装置，其特征在于，所述方波型裂缝通道具体为：两块对称压紧的钢板组成，每块所述钢板上加工有方波型凹槽，两块所述钢板上的所述方波型凹槽互为镜像对称，其中，所述方波型凹槽的波峰长度与所述方波型凹槽的波谷长度相同。

10.一种压裂液摩阻测试方法，应用于如权利要求1-9中任一权项所述的压裂液摩阻测试装置中，其特征在于，所述压裂液摩阻测试方法包括如下步骤：

步骤1：将每个所述前可调流量阀调至全开流量，以及将每个所述后可调流量阀调至不超过半开流量后，向所述供料装置内注入清水后启动泵注；

步骤2：依次调节每个所述后可调流量阀，使得每个所述流量计为相同流量时，获取每个所述前压力变送器的数据和每个所述后压力变送器的数据；

步骤3：多次重复步骤2，获取不同流量下每个所述前压力变送器的数据和每个所述后压力变送器的数据；

步骤4：关闭所述供料装置后进行彻底排液；

步骤5：向所述供料装置内注入压裂液并启动泵注后，并重复步骤2～步骤4。