CN108072751A - 一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统及实验方法 - Google Patents

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Abstract

一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统及实验方法，该系统包括反应釜，其上面设置有支路；还包括储液罐，其底部通过阀十与反应釜的底部相连，储液罐的底部与阀十的之间设计有排空支路；反应釜上部通过系列阀、管线等与储液罐的顶部相连接，阀十三和阀十二之间设计有支路，阀四和阀十三之间设计有压力表二和三个支路；注入系统支路设置有内有活塞结构的增压容器，其底部有两个支路：一支路依次与阀八和泵相连；同时增压容器和阀八之间连接有支路；上述两个支路管路置于储液器的清水液面以下；储液罐的右侧连接有CO2注入支路，与中间容器相连接；本发明还公开了该系统的实验方法；本发明同时适用于模拟气体压裂液以及常规液体压裂液与储层相互作用。

Description

一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统及实验方法
技术领域
本发明涉及石油与天然气开发工程领域，特别涉及一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统及实验方法。
背景技术
近年来，一种新的压裂技术—二氧化碳压裂液技术逐渐热起来，越来越多的人们开始对他进行研究，其中，二氧化碳压裂液主要由二氧化碳和一定的化学试剂混合组成。当前人们在研究压裂液与储层相互作用时，现有的设备主要针对行业内使用的常用压裂液，例如冻胶压裂液，或者清水压裂液等液体压裂液；针对CO2压裂液这类气体压裂液，行业内暂无成熟设备产品用于此项实验研究。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统及实验方法，同时适用于模拟气体压裂液以及常规液体压裂液与储层相互作用。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统，包括反应釜6，其侧壁上设置有温度计一5和压力表一7，反应釜6底部依次连接阀三4、取样器2和阀一1，阀三4和取样器2间设置有阀二3控制的支路；
还包括储液罐23，其侧壁设置有压力表四35和温度计二36，储液罐23的底部通过阀十21与反应釜6的底部相连接，储液罐23的底部与阀十21的之间设计有由阀十一22控制的排空支路；
反应釜6上部通过阀四8、阀十三25、阀十二24依次与储液罐23的顶部相连接，阀十三25和阀十二24之间设计有由阀门十四26控制的支路，阀四8和阀十三25之间设计有压力表二10和三个支路：三个支路分别为由安全阀9控制的安全阀支路、由阀五11控制的排空支路以及注入系统支路；
所述注入系统支路设置有内有活塞结构的增压容器15；气瓶一14和阀七13依次接增压容器15顶部一管路增压容器15顶部另一管路通过阀六12与阀四8和阀十三25之间的管路相连接，增压容器15底部有两个支路：一支路依次与阀八17和泵18相连；同时增压容器15和阀八17之间连接有压力表三16和由阀九19相连的支路；上述两个支路管路置于储液器20的清水液面以下；
所述储液罐23的右侧连接有CO2注入支路，依次通过质量流量计37、阀十五27与内有活塞结构的中间容器28相连接，中间容器28的顶部与阀十七30、冷却器31、阀十八32和气瓶二33依次连接，中间容器28的底部通过阀十六29与恒速恒压泵34依次相连接。
所述反应釜6上有温度计一5和压力表一7，能够控制反应釜6的温度；以及由阀三4和取样器2控制的取样支路，方便在实验开展的过程中，随时取样分析。
所述储液罐23上有温度计二36和压力表二35，能够控制储液罐23的温度。
所述阀二3、阀五11、阀九19、阀十四26和阀十一22所在的系统支路起到排空作用，防止管路堵塞，利于清洗；安全阀9起到安全保护作用，防止系统超压。
由阀六12和增压容器15组成的支路，能够向实验体统补充气压，方便将液体从储液罐23快速压入反应釜6中；也能够在实验结束时，使得压裂液样品与岩样快速分离。
所述气瓶一14能够补充实验所需的氮气或惰性气体。
由质量流量计37、阀十五27和中间容器28所在的支路，能够将制冷后的CO2再次加压，便于控制达到目标实验压力条件。所述质量流量计37能够计量注入储液罐23中CO2的质量M。
所述的压裂液与储层相互作用模拟实验系统的实验方法，
(一)当模拟研究常规液体压裂液与储层相互作用时：
将试样岩心装入反应釜6中，同时将配好的压裂液样品置于储液罐23内，并且加热至目标实验温度，准备开始实验；
然后，关闭阀三4、阀四8、阀五11、阀七13、阀九19、阀十四26和阀十五27，打开阀六12、阀八17、阀十二24和阀十三25，通过泵18吸入储液器20中的清水，增压容器15顶部中的气体通过气压经储液罐23中的已经加热好的压裂液样品压入反应釜6中，开始实验；当15增压容器15内气压不足时，通过气瓶一14补充氮气(或其它惰性气体，不与实验样品发生化学反应)；反应釜6自带加热功能，能够补充热量，防止反应釜6降温给实验带来误差；
实验过程中，根据需要，适时打开阀三4，使得反应过程中的少量液样流入取样器2中，然后，关闭阀三4，打开阀一1取走取样器2通过阀一1流出的样品，进行实验分析；
试验结束后，关闭反应釜6的控温功能，关闭阀十二24，打开阀十21、阀四8和阀六12，通过增压容器15中的气压，将溶液压回储罐23中；然后关阀十21，打开反应釜盖6取出岩样开展其他实验；
(二)当模拟研究CO2压裂液与储层相互作用时：
基本方法与上述(一)类似，首先需要关闭由阀六12和增压容器15控制的支路，关闭阀十21、阀十一22和阀十二24；根据需要加入质量为m的化学试剂到储液罐23中，然后打开阀十八32，使得气瓶二33中的气体CO2通过阀十八32以及冷却器31制冷为液态后，经过阀十七30流入中间容器28；打开恒速恒压泵34，通过阀十六29顶替中间容器28，将中间容器28中适量的CO2顶入储液罐23中，与之前加入化学试剂混合，然后关闭阀十五27；
顶入储液罐23中的CO2的质量M由质量流量计37计量；如果加入到储液罐23中的化学试剂质量为m，则储液罐23中化学试剂的浓度＝m/M×100％；
加热储液罐23到实验目标温度，然后打开阀十21，使得储液罐23中的化学试剂与CO2的混合物流入反应釜6中，开始实验；
实验结束后，打开阀三4、阀二3和阀一1，将反应参与样品取出，收集用于其它分析。
和现有技术相比较，本发明具有以下优点：
(1)可以同时模拟研究常规水力压裂液与二氧化碳压裂液与储层的相互作用。
(2)反应釜6与储液罐23均有控温的功能，可以将压裂液在储液罐23内控制到适当的温度后，注入反应釜与岩样接触，开始实验。
(3)设计有取样器2，方便实验时候适当的取样，研究分析样品成分。
(4)由阀六12和增压容器15组成的支路，可以向实验体统补充气压，方便将液体从储液罐23快速压入反应釜6中；也可以实验结束后，通过气压的作用，使得岩样和压裂液反应后快速分离。
附图说明
图1为本发明压裂液与储层相互作用模拟实验系统图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，本发明一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统，包括反应釜6，其侧壁上设置有温度计一5和压力表一7，反应釜6底部依次连接阀三4、取样器2和阀一1，阀三4和取样器2间设置有阀二3控制的支路；还包括储液罐23，其侧壁设置有压力表四35和温度计二36，储液罐23的底部通过阀十21与反应釜6的底部相连接，储液罐23的底部与阀十21的之间设计有由阀十一22控制的排空支路；反应釜6上部通过阀四8、阀十三25、阀十二24依次与储液罐23的顶部相连接，阀十三25和阀十二24之间设计有由阀门十四26控制的支路，阀四8和阀十三25之间设计有压力表二10和三个支路：三个支路分别为由安全阀9控制的安全阀支路、由阀五11控制的排空支路以及注入系统支路；所述注入系统支路设置有内有活塞结构的增压容器15；气瓶一14和阀七13依次接增压容器15顶部一管路增压容器15顶部另一管路通过阀六12与阀四8和阀十三25之间的管路相连接，增压容器15底部有两个支路：一支路依次与阀八17和泵18相连；同时增压容器15和阀八17之间连接有压力表三16和由阀九19相连的支路；上述两个支路管路置于储液器20的清水液面以下；所述储液罐23的右侧连接有CO2注入支路，依次通过质量流量计37、阀十五27与内有活塞结构的中间容器28相连接，中间容器28的顶部与阀十七30、冷却器31、阀十八32和气瓶二33依次连接，中间容器28的底部通过阀十六29与恒速恒压泵34依次相连接。
所述反应釜6上有温度计一5和压力表一7，能够控制反应釜6的温度；以及由阀三4和取样器2控制的取样支路，方便在实验开展的过程中，随时取样分析。
所述储液罐23上有温度计二36和压力表二35，能够控制储液罐23的温度。
所述阀二3、阀五11、阀九19、阀十四26和阀十一22所在的系统支路起到排空作用，防止管路堵塞，利于清洗；安全阀9起到安全保护作用，防止系统超压。
由阀六12和增压容器15组成的支路，能够向实验体统补充气压，方便将液体从储液罐23快速压入反应釜6中；也能够在实验结束时，使得压裂液样品与岩样快速分离。
所述气瓶一14能够补充实验所需的氮气(或惰性气体)。
由阀十五27和中间容器28所在的支路，能够将制冷后的CO2再次加压，便于控制达到目标实验压力条件。
本发明压裂液与储层相互作用模拟实验系统的实验方法，
(一)当模拟研究常规液体压裂液与储层相互作用时：
将试样岩心装入反应釜6中，同时将配好的压裂液样品置于储液罐23内，并且加热至目标实验温度，准备开始实验；
然后，关闭阀三4、阀四8、阀五11、阀七13、阀九19、阀十四26和阀十五27，打开阀六12、阀八17、阀十二24和阀十三25，通过泵18吸入储液器20中的清水，增压容器15顶部中的气体通过气压经储液罐23中的已经加热好的压裂液样品压入反应釜6中，开始实验；当15增压容器15内气压不足时，通过气瓶一14补充氮气或惰性气体；反应釜6自带加热功能，能够补充热量，防止反应釜6降温给实验带来误差；
实验过程中，根据需要，适时打开阀三4，使得反应过程中的少量液样流入取样器2中，然后，关闭阀三4，打开阀一1取走取样器2通过阀一1流出的样品，进行实验分析；
试验结束后，关闭反应釜6的控温功能，关闭阀十二24，打开阀十21、阀四8和阀六12，通过增压容器15中的气压，将溶液压回储罐23中；然后关阀十21，打开反应釜盖6取出岩样开展其他实验；
(二)当模拟研究CO2压裂液与储层相互作用时：
基本方法与上述(一)类似，首先需要关闭由阀六12和增压容器15控制的支路，关闭阀十21，阀十一22，阀十二24；根据需要加入化学试剂到储液罐23中，然后打开阀十八32，使得气瓶二33中的气体CO2通过阀十八32以及冷却器31制冷为液态后，经过阀十七30流入中间容器28；打开恒速恒压泵34，通过阀十六29顶替中间容器28，将中间容器28中适量的CO2顶入储液罐23中，与之前加入化学试剂混合，然后关闭阀十五27；
顶入储液罐23中的CO2的质量M由质量流量计37计量；如果加入到储液罐23中的化学试剂质量为m，则储液罐23中化学试剂的浓度＝m/M×100％；
加热储液罐23到实验目标温度，然后打开阀十21，使得储液罐23中的化学试剂与CO2的混合物流入反应釜6中，开始实验；
实验结束后，打开阀三4、阀二3和阀一1，将反应参与样品取出，收集用于其它分析。
本发明的工作原理为：
本发明系统适用于气体压裂液和液体压裂，都是先将压裂液体注入到储液罐23中，然后加热到目标实验温度压力，然后注入到反应釜6中，并且与之前置于反应釜6内的岩样接触反应。实验过程中，可以通过阀三4控制的取样器支路取样分析。
不同点：
当使用液体压裂液的时候，实验开始的时候，可以通过增压容器15支路来增加储液罐23中的气压，将其中的压裂液快速压入反应釜6中。实验结束时，打开阀四8，通过压力将液体快速压回储液罐23中。
当使用CO2气体压裂液开展实验时，先将CO2通过冷却器31制冷为液态，用中间容器28加压后，注入储液罐23中开展实验。

Claims (8)

1.一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统，其特征在于：包括反应釜(6)，其侧壁上设置有温度计一(5)和压力表一(7)，反应釜(6)底部依次连接阀三(4)、取样器(2)和阀一(1)，阀三(4)和取样器(2)间设置有阀二(3)控制的支路；
还包括储液罐(23)，其侧壁设置有压力表四(35)和温度计二(36)，储液罐(23)的底部通过阀十(21)与反应釜(6)的底部相连接，储液罐(23)的底部与阀十(21)的之间设计有由阀十一(22)控制的排空支路；
反应釜(6)上部通过阀四(8)、阀十三(25)、阀十二(24)依次与储液罐(23)的顶部相连接，阀十三(25)和阀十二(24)之间设计有由阀门十四(26)控制的支路，阀四(8)和阀十三(25)之间设计有压力表二(10)和三个支路：三个支路分别为由安全阀(9)控制的安全阀支路、由阀五(11)控制的排空支路以及注入系统支路；
所述注入系统支路设置有内有活塞结构的增压容器(15)；气瓶一(14)和阀七(13)依次接增压容器(15)顶部一管路增压容器(15)顶部另一管路通过阀六(12)与阀四(8)和阀十三(25)之间的管路相连接，增压容器(15)底部有两个支路：一支路依次与阀八(17)和泵(18)相连；同时增压容器(15)和阀八(17)之间连接有压力表三(16)和由阀九(19)相连的支路；上述两个支路管路置于储液器(20)的清水液面以下；
所述储液罐(23)的右侧连接有CO2注入支路，依次通过质量流量计37、阀十五(27)与内有活塞结构的中间容器(28)相连接，中间容器(28)的顶部与阀十七(30)、冷却器(31)、阀十八(32)和气瓶二(33)依次连接，中间容器(28)的底部通过阀十六(29)与恒速恒压泵(34)依次相连接。
2.根据权利要求1所述的一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统，其特征在于：所述反应釜(6)上有温度计一(5)和压力表一(7)，能够控制反应釜(6)的温度；以及由阀三(4)和取样器(2)控制的取样支路，方便在实验开展的过程中，随时取样分析。
3.根据权利要求1所述的一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统，其特征在于：所述储液罐(23)上有温度计二(36)和压力表二(35)，储液罐(23)的温度能够根据需要控制。
4.根据权利要求1所述的一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统，其特征在于：所述阀二(3)、阀五(11)、阀九(19)、阀十四(26)和阀十一(22)所在的系统支路起到排空作用，防止管路堵塞，利于清洗；安全阀(9)起到安全保护作用，防止系统超压。
5.根据权利要求1所述的一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统，其特征在于：由阀六(12)和增压容器(15)组成的支路，能够向实验体统补充气压，方便将液体从储液罐(23)快速压入反应釜(6)中；也能够在实验结束时，使得压裂液样品与岩样快速分离。
6.根据权利要求1所述的一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统，其特征在于：所述气瓶一(14)能够补充实验所需的氮气或惰性气体。
7.根据权利要求1所述的一种压裂液与储层相互作用模拟实验系统，其特征在于：由质量流量计(37)、阀十五(27)和中间容器(28)所在的支路，能够将制冷后的CO2再次加压，便于控制达到目标实验压力条件；所述质量流量计37能够计量注入储液罐23中CO2的质量M。
8.权利要求1至7任一项所述的压裂液与储层相互作用模拟实验系统的实验方法，其特征在于：
(一)当模拟研究常规液体压裂液与储层相互作用时：
将试样岩心装入反应釜(6)中，同时将配好的压裂液样品置于储液罐(23)内，并且加热至目标实验温度，准备开始实验；
然后，关闭阀三(4)、阀四(8)、阀五(11)、阀七(13)、阀九(19)、阀十四(26)和阀十五(27)，打开阀六(12)、阀八(17)、阀十二(24)和阀十三(25)，通过泵(18)吸入储液器(20)中的清水，增压容器(15)顶部中的气体通过气压经储液罐(23)中的已经加热好的压裂液样品压入反应釜(6)中，开始实验；当增压容器(15)内气压不足时，通过气瓶一(14)补充氮气或惰性气体；反应釜(6)自带加热功能，能够补充热量，防止反应釜(6)降温给实验带来误差；
实验过程中，根据需要，适时打开阀三(4)，使得反应过程中的少量液样流入取样器(2)中，然后，关闭阀三(4)，打开阀一(1)取走取样器(2)通过阀一(1)流出的样品，进行实验分析；
试验结束后，关闭反应釜(6)的控温功能，关闭阀十二(24)，打开阀十(21)、阀四(8)和阀六(12)，通过增压容器(15)中的气压，将溶液压回储罐(23)中；然后关阀十(21)，打开反应釜盖(6)取出岩样开展其他实验；
(二)当模拟研究CO2压裂液与储层相互作用时：
基本方法与上述(一)类似，首先需要关闭由阀六(12)和增压容器(15)控制的支路，关闭阀十(21)，阀十一(22)，阀十二(24)；根据需要加入质量为m的化学试剂到储液罐(23)中，然后打开阀十八(32)，使得气瓶二(33)中的气体CO2通过阀十八(32)以及冷却器(31)制冷为液态后，经过阀十七(30)流入中间容器(28)；打开恒速恒压泵(34)，通过阀十六(29)顶替中间容器(28)，将中间容器(28)中适量的CO2顶入储液罐(23)中，与之前加入化学试剂混合，然后关闭阀十五(27)；
顶入储液罐(23)中的CO2的质量M由质量流量计(37)计量；如果加入到储液罐(23)中的化学试剂质量为m，则储液罐(23)中化学试剂的浓度＝m/M×100％；
加热储液罐(23)到实验目标温度，然后打开阀十(21)，使得储液罐(23)中的化学试剂与CO2的混合物流入反应釜(6)中，开始实验；
实验结束后，打开阀三(4)、阀二(3)和阀一(1)，将反应参与样品取出，收集用于其它后续实验分析。
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