CN108088768A - 一种细管式流变仪实验系统及实验方法 - Google Patents
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Abstract
一种细管式流变仪实验系统及实验方法,该系统包括气瓶、冷却器、阀一和质量流量计依次连接在活塞容器一的顶部,恒速恒压泵通过阀二与活塞容器一的底部相连接;活塞容器一的顶部另有支路设置有毛细管;毛细管一端连接由阀五、活塞容器二、阀四和恒速恒压泵二依次组成的支路,另一端分两路,一路由阀十二、活塞容器三、阀十三和恒速恒压泵三依次组成,另一路放空支路由阀十四控制;毛细管两端并联有两个测量线路;本发明还公开了该系统的实验方法;本发明适用于测试一定条件下CO2无水压裂液和其它液体压裂液的粘度、流变性及摩阻。
Description
技术领域
本发明涉及石油与天然气开发工程领域,特别涉及一种细管式流变仪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。现在行业内的CO2无水压裂液的粘度比较低,一般在0.5‐10mPa.s,当前人们测试压裂液粘度、流变性、摩阻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。针对当前使用的CO2无水压裂液这类气体压裂液,行业内暂无成熟设备产品对其粘度、流变性、摩阻提供很好的实验测试方法。
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细管式流变仪实验系统及实验方法,用于测试CO2无水压裂液的粘度以及流变性,也可以用于测试一定条件下的液体压裂液的粘度、流变性和摩阻。
为了达到上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种细管式流变仪实验系统,包括活塞容器一5,气瓶1、冷却器2、阀一3和质量流量计4依次连接在活塞容器一5的顶部,恒速恒压泵6通过阀二7与活塞容器一5的底部相连接;活塞容器一5的顶部另有支路,通过阀三8连接毛细管13,毛细管13一端连接由阀五12、活塞容器二11、阀四10和恒速恒压泵二9依次组成的支路,另一端分两路,一路由阀十二22、活塞容器三23、阀十三24和恒速恒压泵三25依次组成,另一路放空支路由阀十四27控制;毛细管13两端并联有两个测量线路,其中一个测量线路为依次连接在毛细管13两端的阀六14、压差传感器一15和阀八17,阀七16连接在压差传感器一15的两端,另一个测量线路为依次连接在毛细管13两端的阀九18、压差传感器二19和阀十一21,阀十20连接在压差传感器二19的两端,根据需要选择测量线路,便于测试不同量程的粘度和流变性,确保测量精度;恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25这两个泵将活塞容器二11和活塞容器三23中的样品加压到实验目标压力;而且其中一个恒速恒压泵处于吸取状态,另外一个处于驱替状态,以保证毛细管13恒速恒压流动,确保其两端的压差稳定。
所述活塞容器一5的顶部能够打开,方便注入液体试剂样品;方便测试常规水力压裂液与二氧化碳压裂液(由CO2和某些化学试剂混合物组成)在不同温度、压力和浓度条件下粘度、流变性和摩阻性。
所述毛细管13由一组内径均匀光滑的盘管盘绕而成,内径为d,盘绕半径D,长度为L,均可以根据测试粘度,摩阻量程,依据细管式流变仪原理灵活选取。
所述阀四10、活塞容器二11、阀五12、毛细管13、阀十二22、活塞容器三23和阀十三24及其连接管路置于控温箱26内部,方便控制实验时样品的测量温度。
所述活塞容器一5的容积比活塞容器二11、活塞容器三23大5‐20倍,为了方便配液依次,开展多次测试操作。
所述细管式流变仪实验系统的实验方法,
(1)当测试CO2压裂液时:
首先,打开活塞容器一5,将配压裂液需要的化学试剂注入其中;然后,打开阀一3,气瓶1中的CO2气体一次通过冷却器2、阀一3和质量流量计4流到活塞容器一5,并且通过质量流量计4计量流到活塞容器一5中的CO2气体质量,结合注入到活塞容器一5中化学试剂的质量,计算出活塞容器一5中压裂液的质量浓度,然后关闭阀一3;
打开阀二7和恒速恒压泵一6,将活塞容器一5中的CO2无水压裂液加压到目标实验压力条件;然后关闭阀二7,打开阀三8、阀四10、阀五12、阀十二22和阀十三24,使得活塞容器一5中的压裂液样品充满活塞容器二11和活塞容器三23中;
依据测试量程需要,选择打开阀六14和阀八17,关闭阀七16,用压差传感器一15来测量毛细管13两端的压差;或者选择打开阀九18和阀十一21,关闭阀十20,用压差传感器二19来测量毛细管13两端的压差;
然后打开控温箱26,调节到目标实验温度;关闭阀三8,打开阀四10和阀十三24,打开恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25,将活塞容器二11,活塞容器三23中的样品加压到实验目标压力;恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25中一个处于吸取状态,另外一个处于驱替状态,以保证毛细管13样品恒速恒压流动,而且其两端的压差稳定;
测试一组完毕后,改变温度、压力和排量控制条件,并且交换恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25的吸取和驱替状态,继续测试下一组;
实验过程中,在一定实验条件下,选用压差传感器一15或者压差传感器二19,测得压裂液样品在毛细管13内两端的压差值,即为待测摩阻值;该值及实验温度、压力能够用计算机一并实时采集;所述毛细管13内径为d,盘绕半径D,长度为L,毛细管内流速由恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25采集,通过上述参数及细管式流变仪的原理公式,即能够计算出毛细管13内压裂液样品的粘度,经过一定时间反复测试,进而得出流变性;
实验测试结束后,打开阀十四27,将参与样品排出回收处理;
(2)当测试液体压裂液时:
只需在实验开始前,将压裂液样品注入活塞容器一5中,即开始实验测试,只是不需要注入CO2气体,替他方法不变,相对测试CO2压裂液的方法更加简单。
和现有技术相比较,本发明具有以下优点:
(1)可以测试常规水力压裂液与二氧化碳压裂液(CO2和少量化学试剂混合物),在不同温度、压力、浓度条件下粘度,流变性,摩阻性。
(2)该系统设计有恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25可以保证流速平稳,可以实现高温、高压条件下对压裂液的粘度,流变性,摩阻性反复测试,而且确保测试精度。
(3)设计有两路测试压差的传感器,便于测试不同量程的粘度,流变性,确保测量精度。
(4)该系统设计有控温箱26,方便改变实验的时候,测试温度条件。
(5)毛细管13由一组内径均匀光滑的盘管盘绕而成,盘管半径,内径,长度可以根据需要灵活设计,满足不同测试粘度、摩阻量程需要。
附图说明
图1为本发明细管式流变仪实验系统图。
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,本发明一种细管式流变仪实验系统,包括活塞容器一5,气瓶1、冷却器2、阀一3和质量流量计4依次连接在活塞容器一5的顶部,恒速恒压泵6通过阀二7与活塞容器一5的底部相连接;活塞容器一5的顶部另有支路,通过阀三8连接毛细管13,毛细管13一端连接由阀五12、活塞容器二11、阀四10和恒速恒压泵二9依次组成的支路,另一端分两路,一路由阀十二22、活塞容器三23、阀十三24和恒速恒压泵三25依次组成,另一路放空支路由阀十四27控制;毛细管13两端并联有两个测量线路,其中一个测量线路为依次连接在毛细管13两端的阀六14、压差传感器一15和阀八17,阀七16连接在压差传感器一15的两端,另一个测量线路为依次连接在毛细管13两端的阀九18、压差传感器二19和阀十一21,阀十20连接在压差传感器二19的两端,根据需要选择测量线路,便于测试不同量程的粘度和流变性,确保测量精度;恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25这两个泵将活塞容器二11和活塞容器三23中的样品加压到实验目标压力;而且其中一个恒速恒压泵处于吸取状态,另外一个处于驱替状态,以保证毛细管13恒速恒压流动,确保其两端的压差稳定。
作为本发明的优选实施方式,所述活塞容器一5的顶部能够打开,方便注入液体试剂样品;方便测试常规水力压裂液与二氧化碳压裂液在不同温度、压力和浓度条件下粘度、流变性和摩阻性。
作为本发明的优选实施方式,所述毛细管13由一组内径均匀光滑的盘管盘绕而成,内径为d,盘绕半径D,长度为L,均可以根据测试粘度,摩阻量程,依据细管式流变仪原理灵活选取。作为本发明的优选实施方式,所述阀四10、活塞容器二11、阀五12、毛细管13、阀十二22、活塞容器三23和阀十三24及其连接管路置于控温箱26内部,方便控制实验时样品的测量温度。
作为本发明的优选实施方式,所述活塞容器一5的容积比活塞容器二11、活塞容器三23大5‐20倍,为了方便配液依次,开展多次测试操作。
本发明细管式流变仪实验系统的实验方法,
(1)当测试CO2压裂液时:
首先,打开活塞容器一5,将配压裂液需要的化学试剂注入其中;然后,打开阀一3,气瓶1中的CO2气体一次通过冷却器2、阀一3和质量流量计4流到活塞容器一5,并且通过质量流量计4计量流到活塞容器一5中的CO2气体质量,结合注入到活塞容器一5中化学试剂的质量,计算出活塞容器一5中压裂液的质量浓度,然后关闭阀一3;
打开阀二7和恒速恒压泵一6,将活塞容器一5中的CO2无水压裂液加压到目标实验压力条件;然后关闭阀二7,打开阀三8、阀四10、阀五12、阀十二22和阀十三24,使得活塞容器一5中的压裂液样品充满活塞容器二11和活塞容器三23中;
依据测试量程需要,选择打开阀六14和阀八17,关闭阀七16,用压差传感器一15来测量毛细管13两端的压差;或者选择打开阀九18和阀十一21,关闭阀十20,用压差传感器二19来测量毛细管13两端的压差;
然后打开控温箱26,调节到目标实验温度;关闭阀三8,打开阀四10和阀十三24,打开恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25,将活塞容器二11,活塞容器三23中的样品加压到实验目标压力;恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25中一个处于吸取状态,另外一个处于驱替状态,以保证毛细管13样品恒速恒压流动,而且其两端的压差稳定;
测试一组完毕后,改变温度、压力和排量控制条件,并且交换恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25的吸取和驱替状态,继续测试下一组;
实验过程中,在一定实验条件下,选用压差传感器一15或者压差传感器二19,测得压裂液样品在毛细管13内两端的压差值,即为待测摩阻值;该值及实验温度、压力能够用计算机一并实时采集;所述毛细管13内径为d,盘绕半径D,毛细管内流速由恒速恒压泵二9和恒速恒压泵三25采集,通过上述参数及细管式流变仪的原理公式,即能够计算出毛细管13内压裂液样品的粘度,经过一定时间反复测试,进而得出流变性;
实验测试结束后,打开阀十四27,将参与样品排出回收处理;
(2)当测试液体压裂液时:
只需在实验开始前,将压裂液样品注入活塞容器一5中,即开始实验测试,只是不需要注入CO2气体,替他方法不变,相对测试CO2压裂液的方法更加简单。
Claims (6)
1.一种细管式流变仪实验系统,其特征在于:包括活塞容器一(5),气瓶(1)、冷却器(2)、阀一(3)和质量流量计(4)依次连接在活塞容器一(5)的顶部,恒速恒压泵(6)通过阀二(7)与活塞容器一(5)的底部相连接;活塞容器一(5)的顶部另有支路,通过阀三(8)连接毛细管(13),毛细管(13)一端连接由阀五(12)、活塞容器二(11)、阀四(10)和恒速恒压泵二(9)依次组成的支路,另一端分两路,一路由阀十二(22)、活塞容器三(23)、阀十三(24)和恒速恒压泵三(25)依次组成,另一路放空支路由阀十四(27)控制;毛细管(13)两端并联有两个测量线路,其中一个测量线路为依次连接在毛细管(13)两端的阀六(14)、压差传感器一(15)和阀八(17),阀七(16)连接在压差传感器一(15)的两端,另一个测量线路为依次连接在毛细管(13)两端的阀九(18)、压差传感器二(19)和阀十一(21),阀十(20)连接在压差传感器二(19)的两端,根据需要选择测量线路,便于测试不同量程的粘度和流变性,确保测量精度;恒速恒压泵二(9)和恒速恒压泵三(25)这两个泵将活塞容器二(11)和活塞容器三(23)中的样品加压到实验目标压力;而且其中一个恒速恒压泵处于吸取状态,另外一个处于驱替状态,以保证毛细管(13)恒速恒压流动,确保其两端的压差稳定。
2.根据权利要求1所述的一种细管式流变仪实验系统,其特征在于:所述活塞容器一(5)的顶部能够打开,方便注入液体试剂样品;方便测试常规水力压裂液与二氧化碳压裂液在不同温度、压力和浓度条件下粘度、流变性和摩阻性。
3.根据权利要求1所述的一种细管式流变仪实验系统,其特征在于:所述毛细管(13)由一组内径均匀光滑的盘管盘绕而成,内径为d,盘绕半径D,长度为L,均能够根据测试粘度,摩阻量程,依据细管式流变仪原理灵活选取。
4.根据权利要求1所述的一种细管式流变仪实验系统,其特征在于:所述阀四(10)、活塞容器二(11)、阀五(12)、毛细管(13)、阀十二(22)、活塞容器三(23)和阀十三(24)及其连接管路置于控温箱(26)内部,方便控制实验时样品的测量温度。
5.根据权利要求1所述的一种细管式流变仪实验系统,其特征在于:所述活塞容器一(5)的容积比活塞容器二(11)、活塞容器三(23)大5-20倍,为了方便配液依次,开展多次测试操作。
6.权利要求1至5任一项所述细管式流变仪实验系统的实验方法,其特征在于:
(1)当测试CO2压裂液时:
首先,打开活塞容器一(5),将配压裂液需要的化学试剂注入其中;然后,打开阀一(3),气瓶1中的CO2气体一次通过冷却器(2)、阀一(3)和质量流量计(4)流到活塞容器一(5),并且通过质量流量计(4)计量流到活塞容器一(5)中的CO2气体质量,结合注入到活塞容器一(5)中化学试剂的质量,计算出活塞容器一(5)中压裂液的质量浓度,然后关闭阀一(3);
打开阀二(7)和恒速恒压泵一(6),将活塞容器一(5)中的CO2无水压裂液加压到目标实验压力条件;然后关闭阀二(7),打开阀三(8)、阀四(10)、阀五(12)、阀十二(22)和阀十三(24),使得活塞容器一(5)中的压裂液样品充满活塞容器二(11)和活塞容器三(23)中;
依据测试量程需要,选择打开阀六(14)和阀八(17),关闭阀七(16),用压差传感器一(15)来测量毛细管(13)两端的压差;或者选择打开阀九(18)和阀十一(21),关闭阀十(20),用压差传感器二(19)来测量毛细管(13)两端的压差;
然后打开控温箱(26),调节到目标实验温度;关闭阀三(8),打开阀四(10)和阀十三(24),打开恒速恒压泵二(9)和恒速恒压泵三(25),将活塞容器二(11),活塞容器三(23)中的样品加压到实验目标压力;恒速恒压泵二(9)和恒速恒压泵三(25)中一个处于吸取状态,另外一个处于驱替状态,以保证毛细管(13)样品恒速恒压流动,而且其两端的压差稳定;
测试一组完毕后,改变温度、压力和排量控制条件,并且交换恒速恒压泵二(9)和恒速恒压泵三(25)的吸取和驱替状态,继续测试下一组;
实验过程中,在一定实验条件下,选用压差传感器一(15)或者压差传感器二(19),测得压裂液样品在毛细管(13)内两端的压差值,即为待测摩阻值;该值及实验温度、压力能够用计算机一并实时采集;所述毛细管(13)内径为d,盘绕半径D,毛细管内流速由恒速恒压泵二(9)和恒速恒压泵三(25)采集,通过上述参数及细管式流变仪的原理公式,即能够计算出毛细管(13)内压裂液样品的粘度,经过一定时间反复测试,进而得出流变性;
实验测试结束后,打开阀十四(27),将参与样品排出回收处理;
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