CN108088768A - 一种细管式流变仪实验系统及实验方法 - Google Patents

一种细管式流变仪实验系统及实验方法 Download PDF

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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

一种细管式流变仪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；
(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。
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