CN109211912A - 一种泡沫压裂液携砂能力评价装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泡沫压裂液携砂能力评价装置及其工作方法，该泡沫压裂液携砂能力评价装置包括：高温高压反应釜，显微镜，具有内筒和外筒的可视化悬砂测定容器和成像设备，其中，高温高压反应釜与可视化悬砂测定容器的外筒连接，显微镜的物镜正对于可视化悬砂测定容器，显微镜的目镜前端设置成像设备。本发明通过上述的评价装置可以评价泡沫压裂液的微观状态和悬砂性。本发明通过设计不同温度压力下的实验，研究纳米颗粒对于泡沫的稳泡作用，也有利于泡沫压裂液在现场试验的应用。

Description

一种泡沫压裂液携砂能力评价装置及工作方法

技术领域

本发明属于及油气藏水力压裂增产改造技术领域，具体涉及一种泡沫压裂液携砂能力评价装置及工作方法。

背景技术

压裂液分为两种类型：第一种是以水作分散介质的水基压裂液如稠化水、水冻胶、水包油乳化液、水基泡沫和某些酸性溶液等；第二种是以矿物油作分散介质的油基压裂液如稠化油、油包水乳化液、油基泡沫等。压裂液的性能要求：黏度高，润滑性好，滤失量小，低摩阻，对被压裂的流体层无堵塞及损害，对流体矿无污染，热稳定性及剪切稳定性能好、低残渣等。随着我国低渗油田开发得到越来越广泛的关注，通过压裂提高地层产量成为了一种趋势，泡沫压裂液相比常规的水基压裂液具有低滤失、残渣含量低、对地层伤害小等优点，并且适合低压、低渗和水敏性地层。

动态携砂性能是指压裂液体系携带支撑剂颗粒运移的能力，是评价压裂液性能重要指标。泡沫压裂液作为两相流体不同于常规单相压裂液，采用常规评价方法无法对其有效、准确评价，同时泡沫压裂液独特的微观结构影响着其携砂性能，这就同时要求携砂评价装置能够进行微观可视化研究。因此，研发一种在不同温度和压力下可以评价泡沫压裂液的携砂能力，且高效、精确、经济的装置及方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种泡沫压裂液携砂能力评价装置及工作方法，该装置可以观察不同温度和压力下，泡沫压裂液的微观结构以及悬砂性，该装置具有高效、精确、经济等特点。

一种泡沫压裂液携砂能力评价装置，包括高温高压反应釜，显微镜，具有内筒和外筒的可视化悬砂测定容器和成像设备，所述高温高压反应釜与所述可视化悬砂测定容器的外筒连接，所述显微镜的物镜正对于所述可视化悬砂测定容器，所述显微镜的目镜前端设置所述成像设备。

一种泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，包括以下步骤：

将待测的泡沫压裂液基液移入高温高压反应釜内；再将高温高压反应釜内的泡沫压裂液基液泵入可视化悬砂测定容器直至悬砂测定容器内筒上标注的泡沫压裂液基液的液位处，从泡沫压裂液基液泵至所述液位处的过程中，利用成像设备不间断拍摄泡沫压裂液基液的图片。

本发明的有益效果是：

本发明通过设计不同温度压力下的实验，可以研究泡沫压裂液的微观结构以及悬砂性，也有利于泡沫压裂液在现场试验的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明泡沫压裂液携砂能力评价装置示意图。

附图标号说明：1-高温高压反应釜，2-可视化悬砂测定容器，3-显微镜，4-成像设备，11-压力调节钮，12-温度调节钮，21-内筒，22-外筒，23-蓝宝石可视窗，31-物镜，32-目镜，33-物镜调节器，41-成像支架，42-摄像机和/或照相机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

泡沫是由不溶性或微溶性的气体分散于液体中形成的分散体系，由液体薄膜包围着气体就形成单个气泡，而泡沫则是气泡的聚集体，其中气体是分散相，液体是连续相，它们包含大小不同的气泡，而且泡与泡之间形成棱界面，泡沫的衰变主要是液膜的排液变薄和泡内气体的扩散所引起的，所以泡沫在热力学上是不稳定的，泡沫会逐渐破灭，直至气液完全分离。现有的泡沫压裂液的评价装置，大多是通过可视化测定容器进行温度和压力的控制，由于泡沫的热力学不稳定性，在不同的温度和压力下，泡沫的状态的变化较大，连续的调节可能在泡沫还未达到稳定状态下进行记录，因此并不能及时观察到泡沫在不同的温度和压力下的实际状态，导致数据的不准确。

下面对本发明实施例的一种泡沫压裂液携砂能力评价装置及工作方法进行具体说明。

一种泡沫压裂液携砂能力评价装置，包括高温高压反应釜，显微镜，具有内筒和外筒的可视化悬砂测定容器和成像设备，高温高压反应釜与可视化悬砂测定容器的外筒连接，显微镜的物镜正对于可视化悬砂测定容器，显微镜的目镜前端设置成像设备。

在一些实施方式中，可视化悬砂测定容器的外筒上设有蓝宝石可视窗，显微镜的物镜正对于外筒上的蓝宝石可视窗。

在一些实施方式中，高温高压反应釜上设有温度和压力调节钮。

在一些实施方式中，成像设备包括摄像机和/或照相机。

本发明中的泡沫压裂液携砂能力评价装置，结构简单，准确度高，将待测的泡沫压裂液移入高温高压反应釜内，通过温度和压力的设置，得到稳定状态下的泡沫压裂液，直接将高温高压反应釜内的稳定泡沫压裂液移入可视化悬砂测定容器内筒进行观察记录，精确记录不同温度和压力下的泡沫的真实、实际的状态，此过程大大提高了泡沫压裂液在不同温度和压力下的数据的精确度，此过程无需使用额外的加热、压力设备，以及排气设备。此外，可视化悬砂测定容器外筒上的蓝宝石可视窗，可以清楚的观察记录泡沫的微观形态。

本发明中的高温高压反应釜是自己研制，高温高压反应釜上设有温度和压力调节钮，其温度和压力可以调节，通过设置不同的温度和压力条件，观察泡沫压裂液的微观状态，由于高温高压反应釜内的温度和压力已经设置完毕，在此状态下的泡沫压裂液比较稳定，将其泵入可视化悬砂测定容器内，通过光学显微镜观察可视化悬砂测定容器内的泡沫的微观状态，可以准确记录在此温度和压力下泡沫压裂液的实际状态，同时，还可以精确观察泡沫压裂液中的单因素如纳米颗粒、表面活性剂、起泡剂、支撑剂对于泡沫压裂液的影响，还可以计算支撑剂的沉降速度，得出泡沫压裂液的悬砂性。

一种泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，包括以下步骤：

将待测的泡沫压裂液基液移入高温高压反应釜内；再将高温高压反应釜内的泡沫压裂液基液泵入可视化悬砂测定容器直至悬砂测定容器内筒上标注的泡沫压裂液基液的液位处，从泡沫压裂液基液泵至所述液位处的过程中，利用成像设备不间断拍摄泡沫压裂液基液的图片。

本发明中的泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，直接将待测的泡沫压裂液移入高温高压反应釜内，再将上述的高温高压反应釜内的压裂液移入可视化悬砂测定容器内筒，通过光学显微镜观察可视化悬砂测定容器内的泡沫压裂液的情况，再利用成像设备记录泡沫变化的图片，通过整理图片数据，得出泡沫压裂液的悬砂性能，不仅可以分析不同温度和压力下泡沫的状态变化，而且可以分析不同的实验因子如泡沫压裂液的组成成分对于泡沫压裂液的影响，精确度更高更稳定。

在一些实施方式中，泡沫压裂液基液包括以下质量百分比的组分：0.1-0.5％起泡剂、1-3％粘弹性表面活性剂以及0.8-1.2％纳米颗粒分散液。

在一些实施方式中，纳米颗粒为纳米二氧化硅，起泡剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠以及十二烷基磺酸钠中的至少一种，粘弹性表面活性剂包括芥酸酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基甜菜碱、芥酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、十六烷基羟丙基磺基甜菜碱以及十八烷基羟丙基磺基甜菜碱中的至少一种。

在一些实施方式中，高温高压反应釜可以调节的温度范围为30-120℃，压力范围为0-2MPa。

本发明中的高温高压反应釜的温度和压力是可以调节的，可以调节的温度范围为30-120℃，压力范围为0-2MPa，因此可以根据实际需求，设置温度分别为30、50、70、90、110℃，压力0、0.5、1.0、1.5、2.0MPa，以此得到不同温度和压力下的稳定的泡沫压裂液。

在一些实施方式中，还包括在泡沫压裂液基液中加入支撑剂，搅拌混合起泡，得到泡沫压裂液，再移入高温高压反应釜内，将高温高压反应釜内的泡沫压裂液泵入可视化悬砂测定容器直至悬砂测定容器内筒上标注的泡沫压裂液的液位处，从泡沫压裂液泵至所述液位处的过程中，利用成像设备不间断拍摄泡沫压裂液的图片，并计算支撑剂的沉降速度。

在一些实施方式中，支撑剂的沉降速度的计算方法为：支撑剂的初始位置-支撑剂下降到显微镜镜头的底端位置/时间＝下降速度。

本发明所用的支撑剂为石英砂和陶粒，其目数可以为20、40、70、80、120等。本发明将支撑剂加入泡沫压裂液基液中，搅拌混合起泡，得到泡沫压裂液，本发明通过对于泡沫压裂液携砂性能的评价，可以精确得出泡沫压裂液携砂性能。

携砂性能是压裂液对支撑剂的携带悬浮能力。携砂性能不仅决定压裂施工中压裂液是否能顺利将支撑剂带入储层水力裂缝中，也影响支撑剂在储层水力裂缝中的铺置情况，即储层中最终形成支撑裂缝的几何尺寸，这些都直接影响支撑裂缝的导流能力及水力压裂的增产改造效果，因此，全面了解泡沫压裂液的携砂性能对压裂设计及现场施工具有重要的指导意义。

本发明中基于前述的对于泡沫压裂液基液的稳定而准确的观察，再泡沫压裂液基液中加入支撑剂之后，通过记录支撑剂的沉降速度，可以得出泡沫压裂液的悬砂性，本发明中以实验为基础，数模为手段，发挥实验和数模相结合的评价方法的特点，建立一套泡沫压裂液携砂性能评价体系，全面了解泡沫压裂液的携砂性能，为泡沫压裂施工设计及现场施工提供理论依据和技术支撑。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

参见图1，本发明提供一种泡沫压裂液携砂能力评价装置，包括：高温高压反应釜，显微镜，可视化悬砂测定容器和成像设备，

其中，高温高压反应釜1上设有压力调节钮11和温度调节钮12，悬砂测定容器2包括内筒21和外筒22，且外筒上设有蓝宝石可视窗23，显微镜3包括物镜31、目镜32和物镜调节器33，成像设备4包括成像支架41和摄像机和/或照相机42，

高温高压反应釜1与可视化悬砂测定容器的外筒22连接，显微镜物镜31正对于可视化悬砂测定容器的蓝宝石可视窗23，显微镜的目镜32前端放置有摄像机和/或照相机42。

实施例2

一种泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，包括以下步骤：

将待测的泡沫压裂液基液移入高温高压反应釜内；再将高温高压反应釜内的泡沫压裂液基液泵入可视化悬砂测定容器直至悬砂测定容器内筒上标注的泡沫压裂液基液的液位处，从泡沫压裂液基液泵至所述液位处的过程中，利用成像设备不间断拍摄泡沫压裂液基液的图片。

在泡沫压裂液基液中加入支撑剂，搅拌混合起泡，得到泡沫压裂液，再移入高温高压反应釜内，将高温高压反应釜内的泡沫压裂液泵入可视化悬砂测定容器直至悬砂测定容器内筒上标注的泡沫压裂液的液位处，从泡沫压裂液泵至所述液位处的过程中，利用成像设备不间断拍摄泡沫压裂液的图片，并计算支撑剂的沉降速度。

实施例3

一种泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，该方法可以观察泡沫压裂液基液的组成成分对于泡沫压裂液的影响，包括以下步骤：

利用正交试验制备具有以下百分比含量的泡沫压裂液基液：将0.1％、0.125％、0.15％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％起泡剂、1％、2％、3％粘弹性表面活性剂以及0.8％、1.0％、1.2％纳米颗粒分散液，搅拌混合均匀，得到泡沫压裂液基液，

其中，纳米颗粒为纳米二氧化硅，起泡剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠以及十二烷基磺酸钠中的至少一种，粘弹性表面活性剂包括芥酸酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基甜菜碱、芥酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、十六烷基羟丙基磺基甜菜碱以及十八烷基羟丙基磺基甜菜碱中的至少一种。

打开高温高压反应釜，设置温度和压力，将上述泡沫压裂液基液移入高温高压反应釜内，设置温度分别为30、50、70、90、110℃，压力分别为0、0.5、1.0、1.5、2.0MPa；

把配制好的待测泡沫压裂液基液加入可视化悬砂测定容器直至悬砂测定容器内筒上标注的泡沫压裂液基液液位处，从泡沫压裂液基液泵至所述液位处的过程中，利用成像设备不间断拍摄泡沫压裂液基液的图片；

通过后期图片处理，可得出随时间变化后泡沫的大小、液膜厚度的变化，并形成数据记录；

通过对上述数据的分析，可评价不同温度和压力下，二氧化硅纳米颗粒稳定下的泡沫压裂液的性能；评价纳米颗粒对粘弹性表面活性剂性能的增加，主要表现为高温稳定性，悬砂性等性能的提高。

通过对于上述观察可以得出，0.125％起泡剂十六烷基三甲基溴化铵、3％粘弹性表面活性剂芥酸酰胺丙基甜菜碱以及1％纳米二氧化硅颗粒分散液，搅拌混合均匀，得到泡沫压裂液基液，此时，泡沫压裂液基液的性质最稳定，是一种成本低、起泡性能好、稳定性好的泡沫压裂液基液。

实施例4

在实施例3的基础上，进一步观察泡沫压裂液的悬砂性。

在泡沫压裂液基液中加入2g支撑剂石英砂或陶粒(目数可以为20、40、70、80、120目)，混合搅拌起泡，得到泡沫压裂液，将泡沫压裂液移入高温高压反应釜内；

用光学显微镜的物镜正对可视化悬砂测定容器的蓝宝石可视窗，用配有的摄影机和照相机，实施不间断的摄影和拍摄泡沫，记录支撑剂的初始位置，当支撑剂下降到显微镜镜头底端的时候，记录这个过程所使用的时间，通过后期图片处理，并形成数据记录；

计算支撑剂的下降速度＝支撑剂的初始位置-支撑剂下降到显微镜镜头底端/时间。

通过对上述数据的分析，可评价不同温度和压力下，泡沫压裂液中的泡沫的结构及悬砂性能。

综上，本发明提供一种泡沫压裂液携砂能力评价装置及其工作方法，该泡沫压裂液携砂能力评价装置包括：高温高压反应釜和显微镜，包括内筒、外筒以及外筒上的蓝宝石可视窗的可视化悬砂测定容器，成像设备，其中，高温高压反应釜与可视化悬砂测定容器的外筒连接，显微镜置的物镜正对于可视化悬砂测定容器外筒上的蓝宝石可视窗，显微镜的目镜前端设置成像设备。本发明通过上述装置可以对泡沫压裂液的状态和悬砂性进行评价。针对纳米颗粒稳定下的泡沫，可以观察泡沫的形态。配合光学显微镜，可以实施摄像、拍摄泡沫的形态，通过后期图片处理，可得到泡沫的大小分布以及动态的变化情况，本发明通过设计不同温度压力下的实验，研究纳米颗粒对于泡沫的稳泡作用，也有利于泡沫压裂液在现场试验的应用。

本发明具有以下技术效果：

1、可以适用于所有的泡沫压裂液，不仅仅是纳米颗粒稳定下的泡沫；

2、可以研究不同温度和不同压力对泡沫微观结构以及悬砂性的影响。

3、可以对泡沫压裂液稳定性提高，悬砂性提高的研究提供数据支持。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种泡沫压裂液携砂能力评价装置，其特征在于：包括高温高压反应釜，显微镜，具有内筒和外筒的可视化悬砂测定容器和成像设备，所述高温高压反应釜与所述可视化悬砂测定容器的外筒连接，所述显微镜的物镜正对于所述可视化悬砂测定容器，所述显微镜的目镜前端设置所述成像设备。

2.如权利要求1所述的泡沫压裂液携砂能力评价装置，其特征在于，所述可视化悬砂测定容器的外筒上设有蓝宝石可视窗，所述显微镜的物镜正对于所述外筒上的蓝宝石可视窗。

3.如权利要求1所述的泡沫压裂液携砂能力评价装置，其特征在于，所述高温高压反应釜上设有温度和压力调节钮。

4.如权利要求1所述的泡沫压裂液携砂能力评价装置，其特征在于，所述成像设备包括摄像机和/或照相机。

5.一种如权利要求1-4任一项所述泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待测的泡沫压裂液基液移入高温高压反应釜内；再将高温高压反应釜内的泡沫压裂液基液泵入可视化悬砂测定容器直至悬砂测定容器内筒上标注的泡沫压裂液基液的液位处，从泡沫压裂液基液泵至所述液位处的过程中，利用成像设备不间断拍摄泡沫压裂液基液的图片。

6.如权利要求5所述的泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，其特征在于，所述高温高压反应釜可以调节的温度范围为30-120℃，压力范围为0-2MPa。

7.如权利要求5所述的泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，其特征在于，所述泡沫压裂液基液包括以下质量百分比的组分：0.1-0.5％起泡剂、1-3％粘弹性表面活性剂以及0.8-1.2％纳米颗粒分散液。

8.如权利要求7所述的泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，其特征在于，所述纳米颗粒为纳米二氧化硅，所述起泡剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠以及十二烷基磺酸钠中的至少一种，所述粘弹性表面活性剂包括芥酸酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基甜菜碱、芥酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、十六烷基羟丙基磺基甜菜碱以及十八烷基羟丙基磺基甜菜碱中的至少一种。

9.如权利要求5所述的泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，其特征在于，还包括在泡沫压裂液基液中加入支撑剂，搅拌混合起泡，得到泡沫压裂液，再移入高温高压反应釜内，将高温高压反应釜内的泡沫压裂液泵入可视化悬砂测定容器直至悬砂测定容器内筒上标注的泡沫压裂液的液位处，从泡沫压裂液泵至所述液位处的过程中，利用成像设备不间断拍摄泡沫压裂液的图片，并计算支撑剂的沉降速度。

10.如权利要求9所述的泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法，其特征在于，所述支撑剂的沉降速度的计算方法为：支撑剂的初始位置-支撑剂下降到显微镜镜头的底端位置/时间＝下降速度。