CN107621535A

CN107621535A - 超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试装置和方法

Info

Publication number: CN107621535A
Application number: CN201610550407.0A
Authority: CN
Inventors: 黄志文; 苏建政; 张汝生; 刘长印; 孙志宇; 李凤霞; 赵梦云; 贺甲元; 胡艾国
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2018-01-23

Abstract

本发明提出了一种超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试装置和方法。该测试装置包括用于放置二氧化碳的第一储罐；能与第一储罐连通的用于放置超临界二氧化碳压裂液的第二储罐；选择性与第二储罐连通的密闭的第一容器；选择性与第一容器连通的投砂器。该测试装置能测试超临界二氧化碳对不同支撑剂的悬砂性，从而为研究超临界二氧化碳的携砂液规律、优化支撑剂密度等提供科学依据。

Description

超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试装置和方法

技术领域

本发明涉及油气田开发领域中的油气开采过程中水力压裂技术，具体涉及一种超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试装置和方法。

背景技术

压裂液体系对支撑剂的悬砂性评价方法主要颗粒静态沉降法，主要是测单颗粒砾石在静止状态下的携砂液中的沉降速度，即将需要测试的压裂液倒入量筒中，用直尺量取液面的某个高度，将优选好的一定数量的陶粒放入液体表面，记录最先到达量筒底部陶粒的时间即可得到沉砂速度，沉砂速度直接反映的是压裂液的悬砂性能。

超临界二氧化碳压裂在内的无水压裂技术开发页岩油、页岩气等非常规资源是未来的一个重要研究方向，超临界二氧化碳压裂液体系的悬砂性测试是二氧化碳压裂技术的一项关键的基础技术。超临界二氧化碳的存在状态要求温度低于临界温度31.1℃、压力大于临界压力7.4MPa，悬砂性测试困难的一个主要原因是该二氧化碳在超临界状态的品相不定，可以在气体、固体、液体状态相互转变，压缩系数、密度和粘度均随温度和压力改变具有非线性变化，工作温度在-30°到150°宽范围，工作压力在3-60MPa范围，从而给悬砂性测试带来很大困难。目前常规的压裂液体系悬砂性的测试方法和测试装置无法满足科研和生产的测试要求。

由此，需要一种能够实现对超临界二氧化碳压裂液体系的悬砂性进行测试的装置和方法。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试装置和方法。该超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试装置和方法能测试超临界二氧化碳对不同支撑剂的悬砂性，从而为研究超临界二氧化碳的携砂液规律、优化支撑剂密度等提供科学依据。

根据本发明的一方面，提出了一种超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试装置，包括：

用于放置二氧化碳的第一储罐，

能与第一储罐连通的用于放置超临界二氧化碳压裂液的第二储罐，

选择性与第二储罐连通的密闭的第一容器，

选择性与第一容器连通的投砂器。

在一个实施例中，还包括与第一容器并列式连通的密闭的第二容器，第二容器与第二储罐选择性连通，并且第二容器与投砂器选择性连通。

在一个实施例中，第一容器和第二容器中的一个构造为圆筒状而另一个构造为立方体状。

在一个实施例中，构造为立方体状的第一容器或第二容器的内腔的横向尺寸不超过2厘米。

在一个实施例中，第一容器构造为透明的容器，或/和第二容器构造为透明的容器。

在一个实施例中，还包括能控制第一容器和第二容器的温度和压力的控制器。

在一个实施例中，还包括摄像器，摄像器用于监测第一容器的内部和第二容器的内部。

在一个实施例中，在第二储罐上设置搅拌器。

根据本发明的另一方面，提供一种使用上述的测试装置测试超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的方法，包括以下步骤：

步骤一，通过第一储罐和第二储罐，向第一容器或/和第二容器内投入超临界二氧化碳压裂液，

步骤二，通过控制器，调节位于第一容器或/和第二容器内的超临界二氧化碳压裂液的温度和压力，

步骤三，通过投砂器向超临界二氧化碳压裂液中投入支撑剂，

步骤四，通过计算得到支撑剂在超临界二氧化碳压裂液中的沉降速率。

在一个实施例中，重复步骤二到步骤四之后，对步骤四中得到的沉降速率取平均。

与现有技术相比，本发明的优点在于，该超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试装置和方法能测试超临界二氧化碳对不同支撑剂的悬砂性，从而为研究超临界二氧化碳的携砂液规律、优化支撑剂密度等提供科学依据。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的测试装置的结构图；

附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试装置100的结构图。如图1所示，测试装置100包括第一储罐1、第二储罐2、第一容器3和投砂器4。其中，第一储罐1用于放置二氧化碳气体，作为测试装置100的气源。第二储罐2能与第一储罐1选择性连通，以接收来自第一储罐1的二氧化碳气体，并形成超临界二氧化碳压裂液以为后续部件供给超临界二氧化碳压裂液。第一容器3为密闭容器，并用于接受和容纳超临界二氧化碳压裂液。在试验过程中，通过投砂器4向第一容器3内投放支撑剂，并记录支撑剂在超临界二氧化碳压裂液中的沉降速率，而评价超临界二氧化碳压裂液的悬砂性能。

通过该发明可完成对临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试，并且可以对不同支撑剂的悬砂性作出测试。由此，为了研究超临界二氧化碳的携砂能力，以及优化支撑剂的性能等提供科学的依据。

根据本发明，测试装置100还包括密闭的第二容器5。第二容器5与第一容器3并列式连接。也就是，第二容器5与第二储罐2选择性连通，同时，第二容器5与投砂器4选择性连通。在测试装置100中可以包括多个第一容器3和/或第二容器5，以满足提高操作多样性和效率的需要。例如，在不同的第一容器3或第二容器5中可以放不同的超临界二氧化碳压裂液，以测试不同的超临界二氧化碳压裂液的悬砂性。也可以在不同的第一容器3或第二容器5中放置相同的超临界二氧化碳压裂液，以测试不同的支撑剂在相同的超临界二氧化碳压裂液的悬砂性能。由此，通过设置多个容器，可以进行不同的试验，满足试验多样化的需求。

在一个优选的实施例中，第一容器3和第二容器5中的一个构造为圆筒状而另一个构造为立方体状。例如，如图1所示的，第一容器3构造为圆筒状，以模拟超临界二氧化碳压裂液在井筒中的悬砂性能。而第二容器5构造为立方体状，以模拟超临界二氧化碳压裂液在地层裂缝中的悬砂性能。进一步优选地，为了更好的模拟地层的裂缝，而使测试结构更加的准确，第二容器5的内腔的横向尺寸不超过2厘米以模拟裂缝。进一步解释地，如图1中所示的第二容器5被构造为长方体状，形成长立方体的两个长边的内壁之间的距离不大于2厘米。通过将第一容器3和第二容器5设置为不同的形状，可以模拟超临界二氧化碳压裂液在不同的使用环境中的悬砂液的悬砂性。

需要说明地是，在本申请中，测试装置100不限定第一容器3或/和第二容器5的数量，例如，在测试装置100中可以包括多个并联的第一容器3和第二容器5。并且为了模拟的不同位置的悬砂性，多个第一容器3和第二容器5还可以分别构造为不同的形状。而为了叙述方便，下面以第一容器3为圆筒状而第二容器5为方形体为例进行阐述。

为了便于观察，第一容器3构造为耐高温(例如，120摄氏度)高压(例如，20兆帕)的可视化容器。例如，第一容器3可以为由树脂材料制成的透明容器。同理，第二容器5也为耐高温高压的可视化容器。通过这种设置，可以方便地量测第一容器3和第二容器5内的超临界二氧化碳压裂液的高度，并且很容易地观测到支撑剂在超临界二氧化碳压裂液中的下降状态。由此，通过这种设置，方便了测试装置100的使用，简化了操作。

测试装置100还包括控制器6。具体地，在第一容器3上设置压力传感器7，以感知第一容器3内的超临界二氧化碳压裂液的压力，并把相应信息发送到控制器6。当感知到的压力与预定压力不匹配时，控制器6发出指令以控制第一容器3内的压力使其满足需要。同理，在第一容器3上设置温度传感器8，控制器6也能根据温度传感器8所得信号，而启动或停止调温器9以控制第一容器3内的温度。相同地，在第二容器5上也设置有压力传感器7、温度传感器8和调温器9以满足对第二容器5内的压力和温度的调节。通过这种设置能较好地维持超临界二氧化碳压裂液的稳定状态。并且，可以适当调控超临界二氧化碳压裂液的温度和压力，以测试超临界二氧化碳压裂液在不同温度、不同压力下对支撑剂的悬砂性。

在一个实施例中，测试装置100还包括摄像器10。摄像器10用于拍摄和记录支撑剂的沉降过程，更精准地监测第一容器3和第二容器5的内部，以满足精准计算的目的。

在一个实施例中，在第一储罐1和第二储罐2之间设置增加泵13，以为第一储罐1供给的二氧化碳提供压力，而形成超临界二氧化碳。

在一个实施例中，在第二储罐2上设置搅拌器11，以使得在向第二储罐2内的超临界二氧化碳压裂液达到待测试状体。

在上述的各部件连通的管道上可以设置开关阀等以实现相邻部件的选择性连接。例如，在第二储罐2和第一容器3之间设置有电磁阀12，同时，在第二储罐2和第二容器5之间也设置有电磁阀12。

下面根据图1详细描述使用测试装置100测试超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的方法。

首先，向第二储罐2内注入所需的稠化剂。打开第一储罐1，第一储罐1内的二氧化碳经过增加泵13后进入到第二储罐2内。利用搅拌器11对第二储罐2内的物质进行搅拌。根据试验目的，打开电磁阀12，以向第一容器3或/和第二容器5内注入超临界二氧化碳压裂液，待注入的超临界二氧化碳压裂液的量达到设定值时，关闭电磁阀12，以截断第一容器3或/和第二容器5与第二储罐2的连通。需要说明地是，以下叙述以向第一容器3内注入超临界二氧化碳压裂液进行说明，而向第二容器5内注入超临界二氧化碳压裂液操作相同或类似，不再重复赘述。

再次，通过控制器6，调节第一容器3内的超临界二氧化碳压裂液的温度(例如，10摄氏度)和压力(例如，10兆帕)。接着，使用投砂器4向第一容器3内投入支撑剂，并通过摄像器10而记录下支撑剂开始在超临界二氧化碳压裂液沉降的初始时刻t₀。观察支撑剂在第一容器3内的运动，并记录支撑剂最先到达第一容器3的底壁的时刻t₁。根据公式v＝L/(t₁-t₀)而得到支撑剂的沉降速率，以反映支撑剂在超临界二氧化碳压裂液中的悬砂性，其中，公式中L表示支撑剂的沉降距离，也就是超临界二氧化碳压裂液的液深。

而为了提高结果的准确性，可以向第一容器3的超临界二氧化碳压裂液中投入多次支撑剂，并分别得到每次支撑剂的沉降速度v_i，在对v_i取平均，而得到平均沉降速率。并依据平均沉降速率而评价支撑剂在超临界二氧化碳压裂液中的悬砂性。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的测试装置，其特征在于，包括：

用于放置二氧化碳的第一储罐，

能与所述第一储罐连通的用于放置超临界二氧化碳压裂液的第二储罐，

选择性与所述第二储罐连通的密闭的第一容器，

选择性与所述第一容器连通的投砂器。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括与所述第一容器并列式连通的密闭的第二容器，所述第二容器与所述第二储罐选择性连通，并且所述第二容器与所述投砂器选择性连通。

3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述第一容器和所述第二容器中的一个构造为圆筒状而另一个构造为立方体状。

4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，构造为立方体状的所述第一容器或所述第二容器的内腔的横向尺寸不超过2厘米。

5.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述第一容器构造为透明的容器，或/和所述第二容器构造为透明的容器。

6.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，还包括能控制所述第一容器和所述第二容器的温度和压力的控制器。

7.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，还包括摄像器，所述摄像器用于监测所述第一容器和所述第二容器的内部。

8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，在所述第二储罐上设置搅拌器。

9.一种使用如权利要求1到8中任一项所述的测试装置测试超临界二氧化碳压裂液的悬砂性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，通过所述第一储罐和所述第二储罐，向所述第一容器或/和第二容器内注入超临界二氧化碳压裂液，

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，重复步骤二到步骤四之后，对步骤四中得到的沉降速率取平均。