CN111289421A - 压裂酸化工作液动态滤失仪 - Google Patents

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费小莉
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Abstract

本发明公开了压裂酸化工作液动态滤失仪，包括注入系统和出口计量系统，所述注入系统的输出端连接有温度压力测试控制系统，且温度压力测试控制系统的内部设置有模型系统，所述出口计量系统连接于回压控制系统的输入端，所述注入系统、温度压力测试控制系统、模型系统、出口计量系统和回压控制系统的输出端均通过导线与数据采集系统的输入端电性连接。本发明容器、夹持器及相应的管阀件通过恒温箱系统，使整个系统达到模拟地层温度条件，进行各种实验，可用动态或静态方法测定如下参数：滤失系数、滤失速度、渗透率损害率、滤液侵入深度等，并且能模拟地层条件进行压裂液等工作液对地层渗透率伤害评价。

Description

压裂酸化工作液动态滤失仪
技术领域
本发明涉及压裂液动态滤失性测试装置技术领域，具体为压裂酸化工作液动态滤失仪。
背景技术
压裂酸化工作液动态滤失仪主要用于压裂液动态滤失性测试，用岩心夹持器夹持岩心，岩心一端暴露在压裂液中，压裂液在岩心端面做剪切流动，同时在压差作用下在岩心端面形成滤饼，部分压裂液通过滤饼从岩心的另一端渗出。实验可测试不同压裂液体系、添加剂等对压裂液滤失性的影响。实验设备要求能在高温高压条件下进行压裂液的动态滤失性测定。
一般的压裂酸化工作液动态滤失仪在测试时无法测试不同压裂液体系、添加剂等对压裂液滤失性的影响，同时实验时无法达到高温高压条件下进行压裂液的动态滤失性测定的问题，为此，我们提出一种实用性更高的压裂酸化工作液动态滤失仪。
发明内容
本发明的目的在于提供压裂酸化工作液动态滤失仪，解决了现有的一般的压裂酸化工作液动态滤失仪在测试时无法测试不同压裂液体系、添加剂等对压裂液滤失性的影响，同时实验时无法达到高温高压条件下进行压裂液的动态滤失性测定的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：压裂酸化工作液动态滤失仪，包括注入系统和出口计量系统，所述注入系统的输出端连接有温度压力测试控制系统，且温度压力测试控制系统的内部设置有模型系统，所述温度压力测试控制系统的输出端连接有回压控制系统，所述出口计量系统连接于回压控制系统的输入端，所述注入系统、温度压力测试控制系统、模型系统、出口计量系统和回压控制系统的输出端均通过导线与数据采集系统的输入端电性连接。
优选的，所述注入系统包括液体注入装置和气体注入装置，所述温度压力测试控制系统的输入端连接有气体注入装置，且气体注入装置的内部设置有液体注入装置，并且液体注入装置的输入端连接有恒速恒压泵。
优选的，所述温度压力测试控制系统包括恒温箱、压力传感器和压力数显仪表。
优选的，所述模型系统包括动滤失岩心夹持器、动态剪切装置、环压跟踪泵，且动滤失岩心夹持器与动态剪切装置构成一整体结构。
优选的，所述出口计量系统为电子天平。
优选的，所述回压控制系统包括回压阀、缓冲容器和回压泵。
优选的，所述数据采集系统包括模拟信号数据采集模块、MOXA C168H/PCI数据采集板、计算机和数据采集控制软件。
优选的，所述动滤失岩心夹持器包括磁搅拌电机、内外磁力耦合机构、动态搅拌剪切机构、堵头、岩心和夹持器结构。
优选的，所述磁搅拌电机通过内外磁力耦合机构与动态搅拌剪切机构之间构成转动结构，且堵头关于岩心的竖直中心线呈对称设置有两组。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明关键材料选用特殊材质，整套系统中可能与酸液接触的部件均采HC-276材料；仪器采用模块化设计，一机多用，美观大方；容器、夹持器及相应的管阀件通过恒温箱系统，使整个系统达到模拟地层温度条件，进行各种实验。
2、本发明可用动态或静态方法测定如下参数：滤失系数、滤失速度、渗透率损害率、滤液侵入深度等，并且能模拟地层条件进行压裂液等工作液对地层渗透率伤害评价，同时柱状岩芯放于岩芯夹持器中，用恒速恒压泵注入液体，通过稳定条件下的流量与压差关系，计算岩心渗透率，岩心夹持器有测压孔，可测岩心整段与分段渗透率，而且通过数据采集系统能实时采集压力数据，并储存在数据文件中。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明动态剪切装置结构示意图；
图3与图4均为本发明恒速恒压泵操作界面示意图；
图5为本发明线性加载软件监测图。
图中：1、注入系统；101、液体注入装置；102、气体注入装置；2、温度压力测试控制系统；201、恒温箱201；3、模型系统；301、动滤失岩心夹持器；302、动态剪切装置；303、环压跟踪泵；4、出口计量系统；401、电子天平；5、回压控制系统；501、回压阀；502、缓冲容器；6、数据采集系统；7、恒速恒压泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
请参阅图1-5，压裂酸化工作液动态滤失仪，包括注入系统1和出口计量系统4，注入系统1的输出端连接有温度压力测试控制系统2，且温度压力测试控制系统2的内部设置有模型系统3，注入系统1包括液体注入装置101和气体注入装置102，温度压力测试控制系统2的输入端连接有气体注入装置102，且气体注入装置102的内部设置有液体注入装置101，并且液体注入装置101的输入端连接有恒速恒压泵7；温度压力测试控制系统2包括恒温箱201201、压力传感器和压力数显仪表；模型系统3包括动滤失岩心夹持器301、动态剪切装置302、环压跟踪泵303，且动滤失岩心夹持器301与动态剪切装置302构成一整体结构；动滤失岩心夹持器301包括磁搅拌电机3011、内外磁力耦合机构3012、动态搅拌剪切机构3013、堵头3014、岩心3015和夹持器结构3016；
磁搅拌电机3011通过内外磁力耦合机构3012与动态搅拌剪切机构3013之间构成转动结构，且堵头3014关于岩心3015的竖直中心线呈对称设置有两组；温度压力测试控制系统2的输出端连接有回压控制系统5，出口计量系统4连接于回压控制系统5的输入端，出口计量系统4为电子天平401，回压控制系统5包括回压阀501、缓冲容器502和回压泵，注入系统1、温度压力测试控制系统2、模型系统3、出口计量系统4和回压控制系统5的输出端均通过导线与数据采集系统6的输入端电性连接；数据采集系统6包括模拟信号数据采集模块、MOXA C168H/PCI数据采集板、计算机和数据采集控制软件；
本发明可用动态或静态方法测定如下参数：滤失系数、滤失速度、渗透率损害率、滤液侵入深度等，并且能模拟地层条件进行压裂液等工作液对地层渗透率伤害评价，同时柱状岩芯放于岩芯夹持器中，用恒速恒压泵7注入液体，通过稳定条件下的流量与压差关系，计算岩心渗透率，岩心夹持器有测压孔，可测岩心整段与分段渗透率，而且通过数据采集系统6能实时采集压力数据，并储存在数据文件中。
工作原理：对于这类的压裂酸化工作液动态滤失仪，首先注入系统1分为液体注入装置101和气体注入装置102，液体注入装置101的动力源选用恒流泵，储存流体容器选用耐高压活塞式中间容器和搅拌式活塞容器。液体注入装置101的主要作用是为试验设备提供试验要求的液体。恒流泵按照试验设定的液体注入压力、速率注入，同时计量瞬时累计量；活塞容器和搅拌式活塞容器内盛放试验要求的流体；液体注入通过恒速恒压泵7实现的，恒速恒压泵7采用数字定位监测伺服控制电路，使溶液在任何压力条件下都能精确流动，并使高速流动平稳；恒速恒压泵7选用TC-100D型恒速恒压泵7，采用数字定位监测伺服控制电路，使溶液在任何压力条件下都能精确流动，并使高速流动平稳，流量控制范围：流量：0.01～30/min；流量精度0.01ml/min，压力0～70MPa，压力精度0.01MPa；TC-100D型恒速恒压泵7具有恒压模式、恒流模式、跟踪模式等功能。PLC控制系统实时显示压力、流量、流量变化曲线，具有超压停泵功能，通过RS232接口可与电脑连接，通过软件实现电脑控制、操作，恒速恒压泵7操作界面为图3与图4，线性加载软件监测为图5；活塞容器上腔用于存放油、水、酸碱等溶液，为实验提供连续的流体。工作压力70MPa，耐高温180℃，内部容积1L，水敏、速敏测试活塞容器材质为2205双相不锈钢，盐敏、酸敏、碱敏测试活塞容器材质为HC-276合金。中间容器安装于恒温箱201内，便于装样及清洗。容积1000ml，深孔珩磨，光洁度达0.8um，活塞摩擦阻力最小，两端均可拆，便于清洗。容器采用活塞结构，活塞部件采用氟橡胶O型密封圈密封，密封圈加四氟挡圈，既能保护密封圈又能使摩擦阻力最小，这样活塞起动压力可达到最小。另外，容器两端密封结构形式采用如图所示的结构形式，拆装方便，轻松自如，密封可靠。搅拌式活塞容器也是活塞结构。活塞上腔用于加载压力，将活塞下腔存放液体注入模型内。活塞下腔用于存放钻井液、泥浆等溶液，底部带有搅拌桨，通过外部搅拌电机传动将溶液搅拌均匀不使其沉淀。搅拌电机为无极调速，调速范围：150～1350rpm。搅拌式活塞容器工作压力70MPa，耐高温180℃，容积1L，材质为材质为2205双相不锈钢。气体注入装置102由气瓶和气瓶减压阀组成，气瓶内约15MPa高压氮气钢瓶及气瓶减压阀，使用气体的主要作用是起缓冲作用，维持动态剪切系统内部压力稳定。
模型系统3主要由动滤失岩心夹持器301、动态剪切装置302以及环压跟踪泵303等部分组成。动滤失岩心夹持器301、动态剪切装置302设计为一整体结构。动滤失岩心夹持器301主要用于岩心的夹持器，维持岩心模拟地层压力；动态剪切装置302主要是对岩心端面的泥浆流体进行加压、剪切。将岩心装入夹持器内，加载环压，测试岩心渗透率，此时左侧堵头不安装让岩心暴露在反应釜中。通过恒速恒压泵7将泥浆注入反应釜内，开启搅拌电机进行搅拌剪切，流体在岩心端面流动，泥浆通过岩心向右侧滤失，滤失过程中，泥浆在岩心端面上形成滤饼。当滤失量达到实验要求时，在不卸载岩心环压、不降低岩心温度的条件下，顶紧左侧岩心堵头来测定岩心被污染后渗透率，通过岩心污染前后的渗透率变化量，对泥浆进行评价。动滤失动态剪切装置302的设计最大容积为500ml，耐压70MPa，材质316L不锈钢；动滤失动态剪切装置302右侧面带有安装夹持器的接口，上部的磁力搅拌装置转速可以调节，通过釜体中螺旋杆的旋转来模拟井下的动态工况，螺旋杆的转动由强磁体与电机的共同作用来带动，可通过调整电机的转速来调整螺旋杆的旋转速度，剪切速率最大170s-1；动滤失动态剪切装置302左侧对应夹持器安装位置，设计有岩心堵头安装孔，用于安装左侧岩心堵头，用于岩心渗透率测试。动滤失岩心夹持器301、动态剪切装置302安装在恒温箱201内，最高工作温度180℃。动滤失岩心夹持器301安装岩心尺寸为φ25mm×100mm，环压70MPa，润湿部分HC-276合金，其余承压部分2205双相不锈钢，内部长度中间位置预留一个测压点，通过外接管线引出，主要用于岩心分段渗透率测试。环压跟踪泵303采用数字定位监测伺服控制电路，使溶液在任何压力条件下都能精确流动，并使高速流动平稳，流量控制范围：流量：0.01～80/min；流量精度0.01ml/min，压力0～70MPa，内部容积260ml；选用TC-260L型单缸泵。TC-260L型泵具有单双泵选择、恒压模式、恒流模式、跟踪模式等功能。PLC控制系统实时显示压力、流量、流量变化曲线，具有超压停泵功能，通过RS232接口可与电脑连接，通过软件实现电脑控制、操作。
温度压力测试控制系统2主要包括：恒温箱201、压力传感器、压力数显仪表等组成。中间容器、模型部分的温度控制主要是通过恒温箱201来实现，恒温箱201正面设计有带观察窗的旋式对开门，内部有隔热窗，旋式对开门上设计有高精度的温控仪以及触摸键式的电源、加热、风机开关等，外表美观，操作方便。工作室内装有小射线灯，其体积小但亮度高，便于观察。恒温箱201内底板设有导流槽，便于清洗。箱体外表喷塑，内表采用不锈钢材料，循环方式为热风对流循环。恒温箱201工作温度≤280℃，采用具有PID控制功能仪表自整定调节，控温精度为±1℃。内部腔体尺寸：1200mm×650mm×780mm长深高。恒温箱201控制仪表：NHR-5300系列PID人工智能温控器采用真正的人工智能算式，仪表启动自整定功能，可以根据被控对象的特性，自动寻找最优参数以达到很好的控制效果，无需人工整定参数。控温精度基本达±0.1℃，无超调、欠调，达国际先进水平。适用于需要进行高精度多段曲线程序升/降温控制的系统(如啤酒发酵，窑炉升温等)。温度传感器：PT100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。PT100温度传感器如果由两个用来测量温差的传感器组成，输出信号与温差之间有一给定的连续函数关系。PT100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。带传感器的变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器，有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。PT100铂热电阻：元件精度：±0.1℃、测温温度范围：-50℃～400℃、常用3线制、线材的要求高温/耐磨/防腐/防爆/防水；特点是PT100是由不锈钢保护管、氧化镁绝缘粉、热电偶丝材质压装而成。有耐压、抗震、可弯曲、体积小、热响应快、使用寿命长、测量范围大、机械强度好等优点。压力测量模块主要包括压力传感器和压力数显仪表。压力传感器选用Senex品牌，DG系列智能型压力变送器，该系列传感器经过高可靠性的微控制器及高精度温度补偿，将被测介质的绝压或表压的压力信号转换成4～20mADC标准信号叠加HART数字信号，实现远程操控，支持现场总线基于现场控制的技术升级。高质量的传感器、精湛的封装技术以及完善的装配工艺确保了该产品的优异质量和最佳性能，该产品能最大限度的满足客户的需要，适用于与各种测量控制设备配套使用。压力数显仪表选用虹润品牌，NHR-5100系列数字显示仪表，该系列仪表针对现场温度、压力、液位、速度等各种信号进行采集、显示、控制、远传、通讯、打印等处理，构成数字采集系统及控制系统。
回压控制系统5由回压泵，回压阀501、缓冲容器502等组成。工作原理是在缓冲容器502中充入一定压力的水，然后通过回压泵给缓冲容器502加压，缓冲容器502中的高压液体进入回压阀501，达到给回压阀501加压的目的，使回压阀501的压力更加稳定、波动小。回压泵，选用JB-80型，工作压力最大70MPa，泵腔容积：100ml。回压阀501，工作压力：70MPa，控制精度：±0.1MPa，材质：HC-276，回压阀501采用的是活塞式阀针密封结构，能够承受高温高压。缓冲容器502最大工作压力为70MPa，容量200mL；
出口计量系统4主要通过电子天平401承重计量。电子天平401采用赛多利斯进口品牌高精度电子天平401，实现滤失量的计量；选用型号BSA4202S，量程选用4200g，精度0.01g。
数据采集系统6由模拟信号数据采集模块、MOXA C168H/PCI数据采集板、计算机、数据采集控制软件等组成。实时采集压力、温度传感器、电子天平401等；实时采集恒速恒压泵7的注入速度、累积注入量、注入压力等参数；计算机可对下列外部设备进行自动控制注入泵：通过泵的通讯接口，计算机可对注入流量进行控制；温度：通过温控仪上的RS232接口，可由计算机控制恒温箱201加热温度；软件在windows环境下运行，采用LabVIEW编程。仪器工作流程显示在界面上，可实现人机对话，操作人员设定好参数后就可以实现无人值守，计算机可自动采集所有的压力、温度。实时采集到的模型温度、压力、出口液体重量等数据，采用单步文件更新存盘，数据保存备份，有意外停机恢复和续存功能。保证系统软件在实际的实验环境中能长时间可靠工作。每个菜单下分别有“滤失实验”“速敏”、“水敏”、“碱敏”、“酸敏”、“盐敏”等子菜单。微机可以对系统进行工作模式、压力流速状态、温度、超压超温保护、注入倍数等控制，可以进行基础参数设定、数据保存、界面切换等。系统运行压力、温度设有极限值，确保试验安全可靠，操作提示以防误操作。计算机采集的数据经处理可生成原始数据报表、分析报表以及曲线图，同时生成数据库文件格式，以便用户灵活使用。计算机采用戴尔台式机，i5处理器四核/8G内存/1T硬盘，window操作系统，21.5寸液晶屏。硬件接口设备主要用于产生传感器所需的温度信号和传感器的输出信号，就这样完成整个压裂酸化工作液动态滤失仪的使用过程。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.压裂酸化工作液动态滤失仪，包括注入系统(1)和出口计量系统(4)，其特征在于：所述注入系统(1)的输出端连接有温度压力测试控制系统(2)，且温度压力测试控制系统(2)的内部设置有模型系统(3)，所述温度压力测试控制系统(2)的输出端连接有回压控制系统(5)，所述出口计量系统(4)连接于回压控制系统(5)的输入端，所述注入系统(1)、温度压力测试控制系统(2)、模型系统(3)、出口计量系统(4)和回压控制系统(5)的输出端均通过导线与数据采集系统(6)的输入端电性连接。
2.根据权利要求1所述的压裂酸化工作液动态滤失仪，其特征在于：所述注入系统(1)包括液体注入装置(101)和气体注入装置(102)，所述温度压力测试控制系统(2)的输入端连接有气体注入装置(102)，且气体注入装置(102)的内部设置有液体注入装置(101)，并且液体注入装置(101)的输入端连接有恒速恒压泵(7)。
3.根据权利要求1所述的压裂酸化工作液动态滤失仪，其特征在于：所述温度压力测试控制系统(2)包括恒温箱(201)、压力传感器和压力数显仪表。
4.根据权利要求1所述的压裂酸化工作液动态滤失仪，其特征在于：所述模型系统(3)包括动滤失岩心夹持器(301)、动态剪切装置(302)、环压跟踪泵(303)，且动滤失岩心夹持器(301)与动态剪切装置(302)构成一整体结构。
5.根据权利要求1所述的压裂酸化工作液动态滤失仪，其特征在于：所述出口计量系统(4)为电子天平(401)。
6.根据权利要求1所述的压裂酸化工作液动态滤失仪，其特征在于：所述回压控制系统(5)包括回压阀(501)、缓冲容器(502)和回压泵。
7.根据权利要求1所述的压裂酸化工作液动态滤失仪，其特征在于：所述数据采集系统(6)包括模拟信号数据采集模块、MOXA C168H/PCI数据采集板、计算机和数据采集控制软件。
8.根据权利要求4所述的压裂酸化工作液动态滤失仪，其特征在于：所述动滤失岩心夹持器(301)包括磁搅拌电机(3011)、内外磁力耦合机构(3012)、动态搅拌剪切机构(3013)、堵头(3014)、岩心(3015)和夹持器结构(3016)。
9.根据权利要求8所述的压裂酸化工作液动态滤失仪，其特征在于：所述磁搅拌电机(3011)通过内外磁力耦合机构(3012)与动态搅拌剪切机构(3013)之间构成转动结构，且堵头(3014)关于岩心(3015)的竖直中心线呈对称设置有两组。
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