CN105628558A - 用于测量压裂液破胶黏度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量压裂液破胶黏度的装置和方法。该装置包括破胶评价室，其内部通过分隔壁分为第一密封腔室和第二密封腔室；设置在分隔壁上的毛细管和导管，其中，正置破胶评价室时，压裂液通过毛细管从第一密封腔室中流入第二密封腔室，而气体通过导管从第二密封腔室流入第一密封腔室；以及处理单元。由于在检测压裂液的破胶黏度时，能够使破胶评价室处于例如高温、高压环境中，而且毛细管一直设置在加温加压后的破胶评价室内，因此可真实模拟储层条件开展压裂液破胶实验，解决高温破胶及分段精细破胶等技术问题。同时可有效地提高实验过程的安全性。

Description

用于测量压裂液破胶黏度的装置和方法

技术领域

本发明涉及采油技术领域，特别涉及一种用于测量压裂液破胶黏度的装置，还涉及一种用于测量压裂液破胶黏度的方法。

背景技术

压裂液是储层改造中最主要的入井流体，为了减轻压裂液对储层基质及裂缝导流能力的伤害程度，要求压裂液能够在施工结束时彻底破胶并快速返排。而且，压裂液的破胶性能和破胶液返排情况，在一定程度上影响着整个压裂施工的效果。故压裂施工前的压裂液破胶实验评价工作极为重要。

在深层、超深层的储层油气藏的改造开发中，由于储层埋藏深、温度高(普遍大于100℃)，该类储层在压裂改造前，需要对采用的压裂液体系在高温条件下(>100℃)进行大量的破胶实验研究工作。另外，随着水平井分段压裂技术已成为开发非常规、低渗透储层的主导技术之一，水平井分段压裂段数越来越多。水平井分段压裂施工通常要求所有压裂段施工结束后，要求每段压裂液的破胶时间可控，满足最后一段施工结束后，所有液体能够同时破胶、统一返排。这就要求在压裂改造前开展精细的压裂液分段破胶实验，形成不同压裂段的压裂液破胶剂的加入剖面。

目前针对储层温度低于100℃时的测量压裂液的破胶黏度方法为：将压裂液装入密闭破胶罐内，放入恒温水浴或恒温容器中加热恒温，恒温温度为储层温度，使压裂液在恒温温度下破胶。按施工工艺设计要求时间，从恒温水浴或恒温容器中取出破胶罐，冷却至常温，放空后打开破胶罐，取破胶液上面的清液，然后在常温下用毛细管黏度计进行黏度测定。针对储层温度高于100℃时的测量压裂液的破胶黏度，需要采用特制的耐高温密闭破胶罐，加热方式要采用高温油浴或高温空气浴中(>100℃)，其他步骤与上面储层温度低于100℃时的测量压裂液的破胶黏度方法类似。

由于压裂液的黏度测量值是随着测量温度不同而变化的，因此在常温下测定的破胶液黏度与在储层温度下测定的破胶液黏度存在一定误差。但是，上述过程只能在常温下进行测定，从而使得压裂液的破胶黏度及破胶情况与真实的储层条件(例如高温、高压条件)下的压裂液破胶黏度及破胶情况相差较大。

因此，如何解决现有技术中不便于在例如高温或高压的环境下测量压裂液破胶黏度的问题，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破胶黏度的装置，能够在例如高温或高压环境下测试压裂液的破胶粘度，并且可以提高检测时的安全性。

本发明的用于测量压裂液破胶黏度的装置，包括：破胶评价室，其内部通过分隔壁分为第一密封腔室和第二密封腔室，所述破胶评价室能够在第一密封腔室处于上方而第二密封腔室处于下方的正置状态和第一密封腔室处于下方而第二密封腔室处于上方的倒置状态之间运动；毛细管和导管，两者均固定在所述分隔壁上，并用于连通第一密封腔室和第二密封腔室，其中，当所述破胶评价室处于正置状态时，第一密封腔室内的压裂液能通过毛细管流入第二密封腔室，而第二密封腔室内被压裂液排开的气体能通过导管流入第一密封腔室；以及处理单元，其用于记录规定体积的处于所述第一密封腔室内的压裂液流过毛细管所需的时间，并基于此得到压裂液的破胶黏度。

在一个实施例中，所述破胶评价室处于倒置状态时，置于所述第二密封腔室内的压裂液能够通过毛细管和/或导管流入所述第一密封腔室内。

在一个实施例中，还包括固定在所述分隔壁上的气体单向导通管，所述气体单向导通管构造成仅当所述破胶评价室处于倒置状态时允许气体从第一密封腔室流入第二密封腔室。

在一个实施例中，所述毛细管位于贯穿所述分隔壁的顶面和底面的通孔中。

在一个实施例中，还包括位于所述第一密封腔室外侧的光电开关，其中，当压裂液流过最高测试液面时，所述光电开关触发所述处理单元计时，而压裂液流过最低测试液面时，所述光电开关触发所述处理单元停止计时。

在一个实施例中，还包括用于对第一密封腔室和/或第二密封腔室进行加热的加热单元，以及用于对所述第一密封腔室和/或第二密封腔室进行加压的加压单元。

在一个实施例中，所述加热单元为加热浴槽，其中所述破胶评价室处于正置状态时，所述第二密封腔室位于所述加热浴槽内。

在一个实施例中，所述加热单元和所述破胶评价室均设置在保温室内。

在一个实施例中，还包括与所述破胶评价室固定连接并控制其处于正置状态或处于倒置状态的旋转控制单元，所述旋转控制单元包括贯穿所述保温室的连杆，以及固定在所述连杆上的把手，其中，所述破胶评价室与所述连杆固定连接，而所述把手位于所述保温室的外侧。

在一个实施例中，所述分隔壁与所述破胶评价室的上侧壁和下侧壁均可拆卸连接。

在一个实施例中，所述破胶评价室由透明可视的耐压材料制成。

本发明的使用根据上述中任一项所述的装置测量压裂液破胶黏度的方法，包括下述步骤：步骤1，正置破胶评价室，并向第二密封腔室中充入压裂液；步骤2，倒置破胶评价室，使压裂液通过毛细管和导管流入第一密封腔室；步骤3，当第二密封腔室中的压裂液全部流入第二密封腔室时，正置破胶评价室，进行实验测试，使压裂液通过毛细管从第一密封腔室流入第二密封腔室，并记录流过规定体积时所需的时间；步骤4，根据压裂液流过规定体积时所需的时间以及毛细管的孔径大小和长度而计算出压裂液的黏度。

在一个实施例中，在步骤4之后重复进行步骤2-4若干次。

相对于现有技术，本发明的用于测量压裂液的破胶黏度的装置包括破胶评价室、处理单元、毛细管及导管。其中，破胶评价室的内部通过分隔壁分为第一密封腔室和第二密封腔室。毛细管和导管均固定在分隔壁上，并用于连通第一密封腔室和第二密封腔室。需要测量压裂液的破胶黏度时，将破胶评价室先倒置，再正置进行实验测量。此时，压裂液会因重力作用通过毛细管从第一密封腔室中流入第二密封腔室。而第二密封腔室内被压裂液排开的气体则通过导管从第二密封腔室流入第一密封腔室。并在此过程中通过处理单元记录压裂液流过规定的体积时所需的时间。最后根据压裂液流过规定体积所需的时间以及毛细管的孔径大小及长度计算出压裂液的破胶黏度。

由于在检测压裂液的破胶黏度时，能够使破胶评价室处于例如高温、高压环境中，而且毛细管一直设置在加温、加压后的破胶评价室内，因此可真实模拟储层条件开展压裂液破胶实验。另外，整个实验过程中可以不需实验工作人员直接接触，因此可以减少人为因素对实验测量结果的影响，同时可有效地提高实验过程的安全性。

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是本发明的用于测量压裂液破胶黏度的装置的结构示意图。

图2是本发明中正置破胶评价室时的状态示意图。

图3是本发明中倒置破胶评价室时的状态示意图。

图4是图2的A部的局部示意图。

图5是图3的B部的局部示意图。

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。

本发明主要参照了毛细管法测液体黏度的原理。即，在一定温度下，规定体积的液体在完全湿润的管壁的状态下，全部流过一定长度及直径的毛细管道时，其运动黏度与流经时间成正比。这样，通过测定液体的流经时间，并经过公式换算表征后，便得出液体的黏度。

如图1所示，本发明的用于测量压裂液破胶黏度的装置包括破胶评价室1。其内部设有第一密封腔室110和第二密封腔室111。如图2所示，正置破胶评价室1时，位于上方的为第一密封腔室110，而位于下方的为第二密封腔室111。倒置破胶评价室2时，位于上方的为第二密封腔室111，而位于下方的为第一密封腔室110。

在一个实施例中，破胶评价室1包括顶壁11、分隔壁13、上侧壁12、下侧壁14和底壁15。顶壁11和底壁15的形状均大致成圆柱形。上侧壁12和下侧壁14的形状均大致成管状。并且上侧壁12和下侧壁14的外径和内径均相同，以便于加工。在一个例子中，上侧壁12和下侧壁14由一个整侧壁一份为二。分隔壁13的形状大致成阶梯形状，在其两面均设置直径较小的上凸台和下凸台，以便于设置各个管路。

其中，上侧壁12的上端与顶壁11密封连接，下端与分隔壁13的顶面密封连接，从而通过顶壁11、上侧壁12和分隔壁13限定出第一密封腔室110的形状。下侧壁14的下端与底壁15密封连接，上端与分隔壁13的底面密封连接，从而通过底壁15、下侧壁14和分隔壁13限定出第二密封腔室111的形状。并且分隔壁13的上凸台和下凸台均位于破胶评价室1内。

此外，在顶壁11上设有开口，用于往第一密封腔室110中注入气体或压裂液等。在底壁15上也设有开口，用于往第二密封腔室111中注入气体或压裂液等。当需往第一密封腔室110或第二密封腔室111中注入气体或压裂液时，通过堵头19堵住第一密封腔室110和第二密封腔室111上的开口。在将堵头19安装到顶壁11或底壁15上时，可以先在堵头19的外侧设置密封圈，以提高第一密封腔室110和第二密封腔室111的密封性。

更为优选地，顶壁11通过螺栓与上侧壁12连接，以便于清洗或更换上侧壁12或顶壁11。底壁15也通过螺栓与下侧壁14连接，以便于清洗或更换下侧壁14或底壁15。分隔壁13也通过螺栓与上侧壁12和下侧壁14连接，以便于清洗分隔壁13等。此外，破胶评价室1的顶壁11、底壁15、上侧壁12及下侧壁14可以均由耐压的透明塑料或玻璃等可视化材料构成，以便于观测位于破胶评价室1内的压裂液的形态等。

该装置还包括毛细管16以及导管17。在一个实施例中，毛细管16固定在破胶评价室1的分隔壁13上。具体地，毛细管16穿设在贯穿分隔壁13的顶面和底面的通孔中。这样，结构简单，便于设置毛细管16，而且当需要更换毛细管16时，直接将毛细管16抽出即可，省事省力。

更为优选地，毛细管16的长度等于用于设置毛细管16的通孔的长度。这样，便于使位于第一密封腔室110或第二密封腔室111中的压裂液均通过毛细管16流出。此外，用于设置毛细管16的通孔位于分隔壁13的中心轴线处。并且在分隔壁13的顶面和底面上均设有凹陷部，两个凹陷部均沿分隔壁13的外侧至中心处逐渐凹陷。这样，可以有效地防止在第一密封腔室110或第二密封腔室111中残存压裂液。

另外，导管17也穿设在贯穿分隔壁13的顶面和底面的通孔中。这样，结构简单，便于设置导管17。具体地，安装好导管17后，导管17的一端位于第一密封腔室110中，另一端位于分隔壁13的通孔中。这样，当压裂液从第一密封腔室110中流入第二密封腔室111时，被压裂液排开的气体可以通过导管17从第二密封腔室111中流入第一密封腔室110。此外，如图3所示，当倒置破胶评价室1时，还可以使压裂液通过导管17从第二密封腔室111中流入第一密封腔室110，从而节省压裂液的流动时间。

进一步地，当正置破胶评价室1，且压裂液全部位于第一密封腔室110时，导管17的端部应突出于压裂液，以能够使气体通过导管17流入第一密封腔室110中。更为优选地，当将导管17设置在通孔中时，通孔的少部分设置导管17即可，以节省导管17。用于设置导管17的通孔可以靠近分隔壁13的外侧，以便于拆装导管17或拆装毛细管16。

当然，设置导管17时，也可以使导管17从破胶评价室1的外部穿设破胶评价室1的上侧壁12和下侧壁14而将第一密封腔室110和第二密封腔室111连通。

该装置还设有用于使气体从第一密封腔室110流入第二密封腔室111的气体单向导通管18(如图4和图5所示)。这样，便于实现压裂液在第一密封腔室110和第二密封腔室111中的无限循环。在一个实施例中，气体单向导通管18设置在贯穿分隔壁13的顶面和底面的通孔中。这样，结构简单，而且便于设置气体单向导通管18。

设置气体单向导通管18时，其一端位于第一密封腔室110中，另一端位于第二密封腔室111中。位于第一密封腔室110中的一端稍微突出于分隔壁13，而位于第二密封腔室111中的一端靠近破胶评价室1的底壁15。这样，当压裂液从第二密封腔室111中流入第一密封腔室110时，能够有效地使气体通过气体单向导通管18从第一密封腔室110中流入第二密封腔室111。

用于设置气体单向导通管18的通孔可以靠近分隔壁13的外侧，以便于拆装气体单向导通管18或拆装毛细管16。用于设置气体单向导通管18的通孔和用于设置导管17的通孔可以均位于用于设置毛细管16的通孔的两侧，以便于拆装导管17或拆装气体单向导通管18。

当然，设置时，也可以使毛细管16的一端靠近第二破胶评价室1的底壁15，另一端位于分隔壁13的通孔中，导管17的一端靠近第二破胶评价室1的顶壁11，另一端位于分隔壁13的通孔中，以实现压裂液在第一密封腔室110和第二密封腔室111的无限循环。

此外，该装置还包括加热单元2和保温室3。加热单元2用于对破胶评价室1进行加热，以便于测试压裂液在高温时的破胶时间和破胶黏度。并且加热单元2和破胶评价室1均设置在保温室3中，通过保温室3对破胶评价室1进行保温，以减少温度变化对压裂液的黏度等实验测量结果的影响，从而进一步提高实验准确性。在一个优选地实施例中，加热单元2为加热浴槽，以便于设置。在加热浴槽上设有用于控制并显示温度的温度显示控制器7。

该装置还包括用于控制破胶评价室1正置或倒置的旋转控制单元5。在一个实施例中。旋转控制单元5包括连杆51和与连杆51固定连接的把手52。其中，连杆51水平地穿设保温室3的侧壁。其一端位于保温室3内，与破胶评价室1固定连接，另一端位于保温室3外，与把手52固定连接。这样，便于转动破胶评价室1，进一步提高测量压裂液的破胶黏度时的安全性。当破胶评价室1与连杆51固定连接时，其竖直地设置在保温室3中。并且在固定好且正置破胶评价室1时，破胶评价室1的下侧壁14浸在加热浴槽中。这样，便于对破胶评价室1加热，而且结构简单，操作安全性也较高。

该装置还包括用于对破胶评价室1进行加压的加压单元4，以能够测试压裂液在高压环境下的破胶时间和破胶黏度。当正置破胶评价室1时，加压单元4通过往第一密封腔室110中注入气体而改变破胶评价室1内的压力。具体地，加压单元4可以与破胶评价室1固定连接。当然，当注入好气体后，也可以直接将连通加压单元4和破胶评价室1的管路从破胶评价室1上拆卸下来等。

在一个实施例中，加压单元4包括用于向破胶评价室1注入气体的气源供应件41、用于进行压力调节的压力调节器42、用于显示压力的压力显示表43、用于控制整体管路的阀门45，以及用于使气体从气源供应件41流入破胶评价室1的单向阀44。此外，还可以在破胶评价室1上设置电极点压力表8和压力传感器9。

该装置还包括处理单元。处理单元用于记录置于第一密封腔室110内的压裂液流过规定的体积时所需的时间，并能够根据压裂液流过规定体积(例如，为100ml)时所需的时间和毛细管16的管壁计算出压裂液的黏度。

该装置还包括光电开关6，以便于实现自动控制计时，省事省力，而且可以排除人为测量所产生的误差，方便快捷。在一个实施例中，在第一密封腔室110的最高测试液面和最低测试液面处均设置一组光电开关6。当压裂液流过最高测试液面时，位于最高测试液面处的光电开关6触发处理单元计时。当压裂液流过最低测试液面时，位于最低测试液面处的光电开关6触发所述处理单元停止计时。光电开关6可以固定在破胶评价室1上，以使结构简单化。

在储层温度下，一定体积的压裂液中加入设定浓度的破胶剂后，随着时间持续，压裂液逐渐开始破胶，直至彻底破胶(黏度达到标准要求)。其中，整个破胶实验中不同时间段的破胶液黏度都在变化。当需要测量时，取某一时间点，通过自动计量规定体积的破胶液全部流过毛细管16时的时间，通过换算，即可得出压裂液在整个破胶实验中某一时间节点的破胶液黏度。

在一个实施例中，需要测试时，正置破胶评价室1，并向第二密封腔室111中充入压裂液，充液完成后，进行加温及加压，直至整个装置的温度、压力达到实验要求；倒置破胶评价室1，使压裂液通过毛细管16和导管17流入第一密封腔室110。当第二密封腔室111中的压裂液全部流入第一密封腔室110时，并在达到测试时间后，正置破胶评价室1，进行实验测试，使压裂液通过毛细管16流入第二密封腔室111，并记录流过规定体积时所需的时间。根据压裂液流过规定体积时所需的时间以及毛细管16的孔径大小和长度计算出压裂液的黏度。

此外，当测出的压裂液的黏度未达到标准要求或不符合要求或需要重复测量时，进行下述步骤：再次倒置破胶评价室1，使压裂液通过毛细管16和导管17流入第一密封腔室110。再次达到实验要求的测试时间后，正置破胶评价室1，使压裂液通过毛细管16流入第二密封腔室111，并记录流过规定体积时所需的时间。然后再次计算出压裂液的黏度，并判断是否达到要求。如果没有达到要求则再次重复测试。

当需要在高温环境下测试压裂液的破胶黏度时，在向第二密封腔室111中充入压裂液后，对压裂液进行加热。待加热完成后，再倒置破胶评价室1开展实验。

当需要在高压环境下测试压裂液的破胶黏度时，在向第二密封腔室111中充入压裂液后，向第一密封腔室110中注入气体对整个破胶评价室进行加压，待加压完成后，再倒置破胶评价室1开展实验。

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 (13)

1.一种用于测量压裂液破胶黏度的装置，包括：

破胶评价室，其内部通过分隔壁分为第一密封腔室和第二密封腔室，所述破胶评价室能够在第一密封腔室处于上方而第二密封腔室处于下方的正置状态和第一密封腔室处于下方而第二密封腔室处于上方的倒置状态之间运动；

毛细管和导管，两者均固定在所述分隔壁上，并用于连通第一密封腔室和第二密封腔室，其中，当所述破胶评价室处于正置状态时，第一密封腔室内的压裂液能通过毛细管流入第二密封腔室，而第二密封腔室内被压裂液排开的气体能通过导管流入第一密封腔室；以及处理单元，其用于记录规定体积的处于所述第一密封腔室内的压裂液流过毛细管所需的时间，并基于此得到压裂液的破胶黏度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述破胶评价室处于倒置状态时，置于所述第二密封腔室内的压裂液能够通过毛细管和/或导管流入所述第一密封腔室内。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括固定在所述分隔壁上的气体单向导通管，所述气体单向导通管构造成仅当所述破胶评价室处于倒置状态时允许气体从第一密封腔室流入第二密封腔室。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述毛细管位于贯穿所述分隔壁的顶面和底面的通孔中。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括位于所述第一密封腔室外侧的光电开关，其中，当压裂液流过最高测试液面时，所述光电开关触发所述处理单元计时，而压裂液流过最低测试液面时，所述光电开关触发所述处理单元停止计时。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，还包括用于对第一密封腔室和/或第二密封腔室进行加热的加热单元，以及用于对所述第一密封腔室和/或第二密封腔室进行加压的加压单元。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述加热单元为加热浴槽，其中所述破胶评价室处于正置状态时，所述第二密封腔室位于所述加热浴槽内。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述加热单元和所述破胶评价室均设置在保温室内。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括与所述破胶评价室固定连接并控制其处于正置状态或处于倒置状态的旋转控制单元，所述旋转控制单元包括贯穿所述保温室的连杆，以及固定在所述连杆上的把手，其中，所述破胶评价室与所述连杆固定连接，而所述把手位于所述保温室的外侧。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述分隔壁与所述破胶评价室的上侧壁和下侧壁均可拆卸连接。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于，所述破胶评价室由透明可视的耐压材料制成。

12.一种使用根据权利要求1-11中任一项所述的装置测量压裂液破胶黏度的方法，包括下述步骤：

步骤1，正置破胶评价室，并向第二密封腔室中充入压裂液；

步骤2，倒置破胶评价室，使压裂液通过毛细管和导管流入第一密封腔室；

步骤3，当第二密封腔室中的压裂液全部流入第二密封腔室时，正置破胶评价室，进行实验测试，使压裂液通过毛细管从第一密封腔室流入第二密封腔室，并记录流过规定体积时所需的时间；

步骤4，根据压裂液流过规定体积时所需的时间以及毛细管的孔径大小和长度而计算出压裂液的黏度。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤4之后重复进行步骤2-4若干次。