CN111396016A - 一种页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置及其应用。所述形成装置包括泡沫压裂液与支撑剂混合器、高特征值泡沫发生器、变径混合震荡器和螺杆混合振荡器；泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端设有泡沫压裂液与支撑剂注入管和第一进气管，出口端连接泡沫压裂液排出管；高特征值泡沫发生器的入口端设有泡沫压裂液注入管和第二进气管，出口端连接特高特征值泡沫排出管；特高特征值泡沫排出管与泡沫压裂液排出管相连通；泡沫压裂液排出管依次与变径混合震荡器、螺杆混合振荡器和变径混合震荡器相连通。本发明泡沫压裂液形成装置可以产生超低含水的携带高特征值的泡沫压裂液，可以满足丘陵、山区和沙漠等缺水及生态环境脆弱地区的页岩气油开发的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置及其应用，属于页岩油气开采技术领域和压裂增产装备领域。
背景技术
非常规油气资源是当前全球开发利用的热点能源，以页岩油、页岩气为代表的非常规油气藏存在储层致密、渗流阻力高和应力敏感等问题。其先天发育不足的特征决定了实施压裂改造是实现工业化开采的重要途径。水力压裂技术在世界范围内得到广泛应用，但是常规水力压裂存在耗水量大、反排不彻底、滤失量高及伤害地层的问题。泡沫压裂液因具有携砂性强、反排彻底和对地层伤害小等优点，已被用于页岩油、页岩气储层的开发。高特征值泡沫压裂技术作为泡沫压裂技术的一种，在减少或解决常规压裂存在的难题方面具有更加突出的优势。高特征值泡沫压裂液体系具备低储层伤害、高反排的特点，同时由于液相含量低，可以实现超低耗水量压裂。
高特征值泡沫压裂技术的一个关键是产生致密均匀较高特征值(气体约占泡沫体积的80％～95％)的泡沫，即气体含量高，液膜较薄，泡沫致密均匀。传统的泡沫压裂液发生装置均主要是针对常规特征值(约为50％～80％)的泡沫压裂液体系。与常规泡沫压裂液体系中球状气泡不同，高特征值泡沫由多面体气泡构成，分割多面体的单元为薄液膜，而大量薄液膜的形成需要更加充分的混合和搅拌。然而，当前泡沫压裂液发生装置还主要针对常规泡沫体系，面临着难以产生均匀稳定的高特征值泡沫的问题，容易导致压裂液粘度低、携砂能力差。由于高特征值泡沫的气相含量高，现有装置难以克服泡沫发生过程中的气窜、段塞流现象，这些现象发生在压裂液中容易诱发脱砂和砂堵事故。此外，压裂过程中泡沫需要携带支撑剂，而含支撑剂泡沫的生成装置不仅需要抵抗住颗粒强烈的冲击和磨蚀作用，而且还需要考虑装置自身解除颗粒堵塞的问题，目前的泡沫压裂液形成装置尚无法同时解决这些工程问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置及其应用，该泡沫压裂液形成装置克服了现有装置难以形成高特征值泡沫，泡沫稳定性差，携砂能力不足的问题，避免了因高特征值泡沫超低含水而产生的气窜、气体段塞和砂堵问题。本装置可以产生均匀的高特征值泡沫压裂液，同时可以实现超低耗水，进而能够适用于山地、丘陵、沙漠等缺水地区的页岩油气压裂作业。
本发明所提供的页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置，包括泡沫压裂液与支撑剂混合器、高特征值泡沫发生器、变径混合震荡器和螺杆混合振荡器；
所述泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端设有泡沫压裂液与支撑剂注入管和第一进气管，出口端连接泡沫压裂液排出管；
所述高特征值泡沫发生器的入口端设有泡沫压裂液注入管和第二进气管，出口端连接特高特征值泡沫排出管；
所述特高特征值泡沫排出管与所述泡沫压裂液排出管相连通；
所述泡沫压裂液排出管依次与所述变径混合震荡器、所述螺杆混合振荡器和所述变径混合震荡器相连通，所述变径混合震荡器的排出管与高特征值泡沫排出管相连通。
上述的泡沫压裂液形成装置中，所述泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端与出口端之间设有至少一组混合器；
所述混合器为并联的小螺旋管路和大螺旋管路；
具体地，首端的所述混合器通过注入端五通管与所述泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端连通，相邻两组所述混合器之间通过混合用四通管连通，末端的所述混合器通过排出端五通管与所述泡沫压裂液排出管和所述特高特征值泡沫排出管连通；
所述注入端五通管的作用是初步把支撑剂分散在泡沫压裂液中，改变泡沫压裂液的流动形态；
所述小螺旋管路与所述大螺旋管路因旋管路尺寸不同，利用两管道内速度差不同，使支撑剂与泡沫压裂液充分混合，在强烈的剪切作用下，防止气窜、气体段塞的形成；
所述混合用四通管的作用是把速度不同的分流泡沫压裂液再次充分混合和搅拌，并再次分流到所述小螺旋管路和所述大螺旋管路中；
本发明优选设置两组所述混合器。
所述注入端五通管、所述混合用四通管和所述排出端五通管的主管道和各端口的内壁均形成环形梯形凸起。
具体地，所述注入端五通管与所述大螺旋管路相连的端口最大内径为4.3cm～4.45cm，所述环形梯形凸起处的内径为2.2cm～3.2cm；
所述注入端五通管与所述小螺旋管路相连的端口最大内径为2.20cm～2.60cm，环形梯形凸起处的内径为1.00cm～1.20cm；
所述注入端五通管的主管道内设有沿泡沫流动方向的分割板，厚度为2.5cm～3.5cm，长度为6.0cm～6.5cm，把圆形通道管路分为两个半圆形管路；
所述混合用四通管与所述大螺旋管路相连的端口最大内径为4.3cm～4.45cm，环形梯形凸起处的内径为2.2cm～3.2cm；
所述混合用四通管与所述小螺旋管路相连的端口最大内径为2.20cm～2.60cm，环形梯形凸起处的内径为1.00cm～1.20cm；
所述排出端五通管与所述大螺旋管路相连的端口最大内径为4.3cm～4.45cm，环形梯形凸起处的内径为2.2cm～3.2cm；
所述排出端五通管与所述小螺旋管路相连的端口最大内径为2.20cm～2.60cm，环形梯形凸起处的内径为1.00cm～1.20cm；
所述注入端五通管、所述混合用四通管和所述排出端五通管的内壁镶嵌耐冲击陶瓷，管壁厚度为3.5cm～4.5cm；
所述小螺旋管路的管内径为2.20cm～2.60cm，螺距为0.6m～0.7m，共有4～7圈，优选5～6圈，螺旋横截面直径为40.00cm～45.00cm，管壁厚度为2.5cm～3.5cm；利用剪切作用使支撑剂与泡沫相互充分混合；
优选地，所述小螺旋管路的管内径为2.30cm～2.45cm，螺距为0.6m～0.7m，共有5～6圈，螺旋横截面直径为40.00cm～42.00cm。
所述大螺旋管路的内径为4.20cm～6.60cm，螺距为1.00m～1.20m，共有2～4圈，螺旋横截面直径为50.00cm～65.00cm，管壁厚度为2.5cm～3.5cm，利用剪切作用使支撑剂与泡沫相互充分混合；
优选地，所述大螺旋管路的管内径为4.30cm～4.45cm，螺距为1.00m～1.10m，共有3～4圈，螺旋横截面直径为60.00cm～62.00cm。
上述的泡沫压裂液形成装置中，所述高特征值泡沫发生器的入口端和出口端之间依次连接圆台形高特征值泡沫发生管、高特征值泡沫螺旋管道和环形倒齿管；
所述圆台形高特征值泡沫发生管的内管为圆台形管，其大口端为注入端；
所述圆台形高特征值泡沫发生管的内管内沿其轴向设有若干叶片，所述叶片的作用是通过其旋转产生均匀的泡沫；
所述高特征值泡沫螺旋管道内等间距布置若干孔板，所述孔板上设有若干孔眼；所述孔板的作用是使高特征值泡沫与气体再次混合；
所述环形倒齿管的内壁形成若干环形三角形凸起，所述环形三角形凸起的上部设有丝网，所述环形倒齿管的作用是维持高特征值泡沫形态，防止气窜和气体段塞的产生。
具体地，同一水平面的若干所述叶片连接与一轴承上，所述轴承固定一圆盘上，所述轴承的作用是使泡沫通过叶片时带动叶片进行旋转；
所述叶片为三棱形叶片，所述三棱形叶片的一表面上均匀布置若干孔洞，如4个，所述孔洞的直径为0.2cm～0.3cm；
所述高特征值泡沫螺旋管道的内径为4.20cm～4.50cm，螺距为0.5m～0.6m，螺旋半径为1.2m～1.3m，共有6～7圈；
所述孔眼的直径为0.5cm～0.6cm，优选设置5～8个；
所述环形倒齿管的管径为4.20cm～4.50cm，管长为70.00cm～90.00cm，所述三角形凸起的高度为1.2cm～1.3cm；
所述丝网为钢丝网，所述钢丝网的目数为100～120目，达到均匀分散高特征值泡沫的目的。
上述的泡沫压裂液形成装置中，所述泡沫压裂液排出管与并联的至少2个所述变径混合震荡器相连通；
每个所述变径混合震荡器依次与2个所述螺杆混合振荡器和1个所述变径混合震荡器相连通；
所述变径混合震荡器包括混合震荡发生管，沿泡沫流动方向，所述混合震荡发生管的内壁形成交替的圆弧状凸起和菱形凹陷；
所述变径混合震荡器的作用是使特高特征值泡沫与携带支撑剂的泡沫初步混合；
所述混合震荡发生管的内径为5.5cm～6.5cm，所述圆弧状突起的高度为1.2cm～1.3cm，所述菱形凹陷的深度为0.2cm～0.3cm；
所述螺杆混合振荡器包括螺杆混合震荡发生管，所述螺杆混合震荡发生管内设置泡沫发生用螺杆；
所述螺杆混合震荡发生管的管长为70.00cm～90.00cm，管径为6.80cm～8.00cm；
所述泡沫发生用螺杆的螺距为50cm～60cm，螺旋升角为20°～30°，螺旋形棱宽为2cm～3cm，螺纹外径为5.00cm～6.50cm；
所述螺杆混合振荡器的作用是把支撑剂均匀的分散在高特征值泡沫液膜上，形成致密、均匀、稳定的高特征值泡沫。
上述的泡沫压裂液形成装置中，所述泡沫压裂液形成装置包括2个或多个所述高特征值泡沫发生器，可根据需要设置。
上述的泡沫压裂液形成装置中，所述高特征值泡沫发生器通过所述特高特征值泡沫排出管与高特征值泡沫补充管相连通，所述高特征值泡沫补充管与所述泡沫压裂液与支撑剂混合器的注入端相连通；所述高特征值泡沫补充管的作用是解除泡沫压裂液与支撑剂混合器内砂堵问题。
上述的泡沫压裂液形成装置中，所述进气管和所述第一进气管上均设有割缝，可采用激光；
所述割缝的宽度为1.2mm～1.4mm，缝长为1.2cm～1.5cm；
气体从进气管进入从割缝喷出，达到气体与泡沫压裂液充分混合的目的，防止气体段塞、气窜的形成。
利用本发明页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置制备高特征值泡沫压裂液时，可按照下述步骤进行：
(1)试压
将所述高特征值泡沫排出管连接到注入井口的高压管线上，所述第一进气管和所述第二进气管接在高压注气管线上，关闭所述泡沫压裂液形成装置上的阀门，打开所述第一进气管上的阀门，向所述第一进气管通入高压气体，保持20～95MPa压力30～40min，进行憋压，不刺不漏即为合格；
(2)泡沫形成
将所述高特征值泡沫排出管上的阀门打开，进行泄压；打开所述泡沫压裂液形成装置上的所有阀门，关闭所述高特征值泡沫补充管上的阀门和；通过所述泡沫压裂液形成装置中的所述泡沫压裂液与支撑剂注入管注入支撑剂和部分量的泡沫压裂液，通过所述泡沫压裂液注入管注入余量的泡沫压裂液，通过所述第一进气管和所述第二进气管注入气体，则所述泡沫压裂液与支撑剂混合器产生的携带支撑剂的泡沫和所述高特征值泡沫发生器产生的特高特征值泡沫，通过所述变径混合震荡器和所述螺杆混合振荡器混合形成含有支撑剂的高特征值泡沫，通过所述高特征值泡沫排出管排出；
通过所述泡沫压裂液与支撑剂注入管注入的泡沫压裂液的量根据需要确定；
通过所述第一进气管注入的气体可根据需要确定；
当砂堵在所述泡沫压裂液与支撑剂混合器中发生时，打开所述高特征值泡沫第一补充管上的阀门，利用高特征值泡沫疏通砂堵；当砂堵被疏通后，关闭所述高特征值泡沫第一补充管上的阀门；
(3)排渣
当压裂施工结束后，将所述页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置卸去压力，使所述高特征值泡沫排出管朝向安全方向，关闭所有阀门。打开所述第一进气管上的阀门，通过所述第一进气管注入高压气体，利用高压气体排出所述泡沫压裂液与支撑剂混合器、所述变径混合震荡器和所述螺杆混合振荡器中的支撑剂及残余起泡剂。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供的页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置，克服了现有装置难形成高特征值泡沫的不足，可以产生超低含水的携带高特征值的泡沫压裂液，因此可以满足丘陵、山区和沙漠等缺水及生态环境脆弱地区的页岩气油开发的需求，保护生态环境，减少水资源消耗。
(2)本发明设计了并联的特高特征值泡沫发生装置和含支撑剂的泡沫发生装置，具备快速发泡，形成稳定的高特征值泡沫和含支撑剂的泡沫等优点，避免了因为支撑剂存在而无法形成高特征值泡沫的问题，通过两类并联装置提高了泡沫质量，减轻了支撑剂对设备的损害情况，延长了设备使用时间。
(3)本发明设计了两类串联的变径混合震荡器和螺杆混合振荡器，通过两类混合振荡器，逐级的对支撑剂和高特征值泡沫进行充分的混合，形成致密均匀的高特征值泡沫压裂液。
(4)本发明设计了高特征值泡沫第一补充管和高特征值泡沫第二补充管，当装置内形成砂堵时，打开高特征值泡沫第一补充管和高特征值泡沫第二补充管，克服了支撑剂因重力下沉脱砂，造成的砂堵问题。
(5)本发明设计简单，操作方便，作业过程中不需要复杂操作，减少施工过程因操作不当引起的损害设备的情况发生。
附图说明
图1为本发明页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置的结构示意图；
图2为本发明中1-1的剖视图；
图3为本发明中2-1的局部放大图；
图4为本发明中3-1的剖视图；
图中各标记如下：
1.泡沫压裂液与支撑剂注入管，2.割缝，3.第一进气管，4.第一进气管阀门，5.注入端五通管，6.高特征值泡沫第一补充管阀门，7.高特征值泡沫第一补充管，8.泡沫压裂液第一注入管，9.泡沫压裂液第一注入管阀门，10.第二进气管阀门，11.第二进气管，12.泡沫压裂液第二注入管，13.泡沫压裂液第二注入管阀门，14.高特征值泡沫第二补充管阀门，15.高特征值泡沫第二补充管，16.第三进气管，17.第三进气管阀门，18.25.26.27.28.环形梯形凸起，19.分隔板，20.21.小螺旋管路，22.23.大螺旋管路，24.混合用四通管，29.排出端五通管，30.高特征值泡沫第一发生器，31.叶片，32.高特征值泡沫螺旋管道，33.环形倒齿管，34.环形三角形凸起，35.钢丝网，36.法兰，37.高特征值泡沫第一排出管，38.孔板，39.高特征值泡沫第二排出管，40.泡沫压裂液排出管，41.变径混合震荡器注入管，42.混合震荡发生管，43.菱形凹陷，44.圆弧状凸起，45.螺杆混合振荡器，46.泡沫发生用螺杆，47.变径混合振荡器排出管，48.高特征值泡沫排出管阀门，49.高特征值泡沫排出管，50.三棱形叶片，51.孔洞，52.轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
本发明提供的页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置的结构示意图如图1所示，包括泡沫压裂液与支撑剂混合器、高特征值泡沫发生器、变径混合震荡器和螺杆混合振荡器。
其中，本发明形成装置中泡沫压裂液与支撑剂混合器的结构如下：泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端设有泡沫压裂液与支撑剂注入管1和第一进气管3，第一进气管3上设有第一进气管阀门4，出口端通过连接泡沫压裂液排出管40，泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端与出口端之间设有两组混合器，每组混合器为并联的小螺旋管路20(21)和大螺旋管路22(23)，首端的混合器通过注入端五通管5与泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端连通，相邻两组混合器之间通过混合用四通管24连通，末端的混合器通过排出端五通管29与泡沫压裂液排出管40和两条高特征值泡沫排出管(高特征值泡沫第一排出管37和高特征值泡沫第二排出管39)连通。本发明泡沫压裂液与支撑剂混合器中，注入端五通管5的作用是初步把支撑剂分散在泡沫压裂液中，改变泡沫压裂液的流动形态；小螺旋管路20(21)与大螺旋管路22(23)因旋管路尺寸不同，利用两管道内速度差不同，使支撑剂与泡沫压裂液充分混合，在强烈的剪切作用下，防止气窜、气体段塞的形成；混合用四通管24的作用是把速度不同的分流泡沫压裂液再次充分混合和搅拌，并再次分流到小螺旋管路20(21)和大螺旋管路22(23)中。注入端五通管5、混合用四通管24和排出端五通管29的主管道和各端口的内壁均形成环形梯形凸起18(25、26、27、28)，注入端五通管5的主管道内设有沿泡沫流动方向的分割板19，可把圆形通道管路分为两个半圆形管路。注入端五通管5、混合用四通管24和排出端五通管29的内壁镶嵌耐冲击陶瓷，管壁厚度为3.5cm～4.5cm。
其中，本发明形成装置中高特征值泡沫发生器的结构如下：包括2个高特征值泡沫发生器，为高特征值泡沫第一发生器30和高特征值泡沫第二发生器(图中未标出)，高特征值泡沫第一发生器30的入口端设有泡沫压裂液第一注入管8和第二进气管11，泡沫压裂液第一注入管8上设有泡沫压裂液第一注入管阀门9，第二进气管11上设有第二进气管阀门10，高特征值泡沫第二发生器的入口端设有泡沫压裂液第二注入管12和第三进气管16，泡沫压裂液第二注入管12上设有泡沫压裂液第二注入管阀门13，第三进气管16上设有第三进气管阀门17。高特征值泡沫第一发生器30的出口端通过法兰36连接特高特征值泡沫第一排出管37，高特征值泡沫第二发生器的出口端连接特高特征值泡沫第二排出管39，高特征值泡沫第一排出管37和高特征值泡沫第二排出管39均通过排出端五通管29与泡沫压裂液排出管40相连通。高特征值泡沫第一排出管37和高特征值泡沫第二排出管39还分别与高特征值泡沫第一补充管7(其上设置高特征值泡沫第一补充管阀门6)和高特征值泡沫第二补充管15(其上设置高特征值泡沫第二补充管阀门14)相连通，高特征值泡沫第一补充管7和高特征值泡沫第二补充管15与注入端五通管5的两个端口相连通，从而与泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端相连通，如此可以利用高特征值泡沫发生器产生的特高特征值泡沫解除泡沫压裂液与支撑剂混合器内砂堵问题。
本发明高特征值泡沫发生器的结构如下：入口端和出口端之间依次连接圆台形高特征值泡沫发生管、高特征值泡沫螺旋管道32和环形倒齿管33。其中，圆台形高特征值泡沫发生管的内管为圆台形管，其大口端为注入端，圆台形高特征值泡沫发生管的内管内沿其轴向设有五组叶片31，叶片的作用是通过其旋转产生均匀的泡沫，如图2所示，每组叶片的结构为：同一水平面的八个叶片三棱形叶片50连接与一轴承52上，轴承52固定一圆盘上，轴承52的作用是使泡沫通过叶片时带动叶片进行旋转，三棱形叶片50的一表面上均匀布置四个孔洞51，孔洞51的直径为0.2cm～0.3cm，在工作前依次把直径从小到大的五组叶片投入到圆台形高特征值泡沫发生管内。高特征值泡沫螺旋管道32内等间距布置若干孔板8，如图4所示，孔板38上设有五个孔眼，孔板38的作用是使高特征值泡沫与气体再次混合。环形倒齿管33的内壁形成若干环形三角形凸起34，环形三角形凸起34的上部设有钢丝网35，钢丝网35的目数为100～120目，达到均匀分散高特征值泡沫的目的，环形倒齿管33的作用是维持高特征值泡沫形态，防止气窜和气体段塞的产生。
其中，本发明形成装置中变径混合震荡器和螺杆混合振荡器的结构如下：泡沫压裂液排出管40与并联的两个变径混合震荡器相连通，具体地，变径混合震荡器包括连通的变径混合震荡器注入管41和混合震荡发生管42，变径混合震荡器注入管41与泡沫压裂液排出管40相连通，沿泡沫流动方向，混合震荡发生管42的内壁形成交替的圆弧状凸起44和菱形凹陷43，局部放大图如图3所示，变径混合震荡器能够使特高特征值泡沫与携带支撑剂的泡沫初步混合。每个变径混合震荡器再依次与两个螺杆混合振荡器45和一个变径混合震荡器连通，其中，螺杆混合振荡器45包括螺杆混合震荡发生管，螺杆混合震荡发生管内设置泡沫发生用螺杆46，螺杆混合振荡器45的作用是把支撑剂均匀的分散在高特征值泡沫液膜上，形成致密、均匀、稳定的高特征值泡沫。两个变径混合震荡器的变径混合震荡器排出管47连接高特征值泡沫排出管49，高特征值泡沫排出管49上设置高特征值泡沫排出管阀门48，形成的高特征值泡沫通过高特征值泡沫排出管49排出。
具体地，第一进气管3、第二进气管11和第三进气管16上进行割缝2，所述割缝宽度为1.2mm，缝长为1.2cm，气体从进气管进入从割缝喷出，达到气体与泡沫压裂液充分混合的目的，防止气体段塞、气窜的形成。
具体地，注入端五通管5与大螺旋管路22相连的端口最大内径为4.4cm，环形梯形凸起处的内径为2.5cm；注入端五通管与小螺旋管路20连的端口最大内径为2.40cm，环形梯形凸起处的内径为1.00cm。混合用四通管24和排出端五通管29在主管路内径上设置环形梯形凸起，凸起处的内径为2.5cm。
具体地，小螺旋管路20(21)的管长为300.00cm，螺旋形钢管内径为2.30cm，螺距为0.6m，螺旋横截面直径为40.00cm。大螺旋管路22(23)的管长为300.00cm，螺旋形钢管内径为4.30cm，螺距为1.00m，螺旋横截面直径为60.00cm。高特征值泡沫发生管注入口内径为7.60cm，排出口内径为4.50cm。高特征值泡沫螺旋管32的管道内径为4.20cm，螺距为0.5m，螺旋半径为1.2m～1.3m，共有4圈，其中的孔板厚度为2cm，孔眼的直径为0.5cm。
具体地，环形倒齿管33管径为4.20cm，管长为70.00cm，三角形凸起34的高度为1.2cm，钢丝网35的目数为100目。
具体地，泡沫发生用螺杆46的螺距为60cm，螺旋升角为20°，螺旋形棱宽为2cm，螺纹外径为6.50cm；螺杆混合震荡发生管的管长为70.00cm，内管管径为6.80cm。
利用本发明页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置制备高特征值泡沫压裂液时，按照下述步骤进行：
(1)试压
将高特征值泡沫排出管49连接到注入井口的高压管线上，第一进气管3、第二进气管11和第三进气管16接在高压注气管线上，关闭设备上所有的阀门，打开第一进气管阀门4，通过第一进气管3通入高压气体，保持95MPa压力30～40min，进行憋压，不刺不漏即为合格。
(2)泡沫形成
将高特征值泡沫排出管阀门48打开，进行泄压；打开设备上的所有阀门，关闭高特征值泡沫第一补充管阀门6和高特征值泡沫第二补充管阀门14，向泡沫压裂液与支撑剂注入管1注入支撑剂和设计总量75％的泡沫压裂液，向泡沫压裂液第一补充管7和泡沫压裂液第二补充管12分别注入设计总量12.5％的泡沫压裂液，向第一进气管3注入设计总量50％的气体，向第二进气管11和第三进气管16分别注入设计总量25％的气体。携带支撑剂的泡沫和特高特征值泡沫分别在泡沫压裂液与支撑剂混合器、高特征值泡沫第一发生器和高特征值泡沫第二发生器内产生，通过变径混合震荡器和螺杆混合振荡器充分混合形成含支撑剂的高特征值泡沫；形成的高特征值泡沫通过高特征值泡沫排出管48排出。
当砂堵在泡沫压裂液与支撑剂混合器中发生时，打开高特征值泡沫第一补充管阀门6和高特征值泡沫第二补充管阀门14，利用高特征值泡沫疏通砂堵；当砂堵被疏通后，关闭高特征值泡沫第一补充管阀门6和高特征值泡沫第二补充管阀门14。
(3)排渣
当压裂施工结束后，将页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置卸去压力，使高特征值泡沫排出管48朝向安全方向，关闭所有阀门。打开第一进气管阀门4，通过第一进气管3注入高压气体，利用高压气体排出泡沫压裂液与支撑剂混合器、变径混合震荡器和螺杆混合振荡器中的支撑剂及残余起泡剂。
Claims (10)
1.一种页岩油气用高特征值泡沫压裂液形成装置，包括泡沫压裂液与支撑剂混合器、高特征值泡沫发生器、变径混合震荡器和螺杆混合振荡器；
所述泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端设有泡沫压裂液与支撑剂注入管和第一进气管，出口端连接泡沫压裂液排出管；
所述高特征值泡沫发生器的入口端设有泡沫压裂液注入管和第二进气管，出口端连接特高特征值泡沫排出管；
所述特高特征值泡沫排出管与所述泡沫压裂液排出管相连通；
所述泡沫压裂液排出管依次与所述变径混合震荡器、所述螺杆混合振荡器和所述变径混合震荡器相连通，所述变径混合震荡器的排出管与高特征值泡沫排出管相连通。
2.根据权利要求1所述的泡沫压裂液形成装置，其特征在于：所述泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端与出口端之间设有至少一组混合器；
所述混合器为并联的小螺旋管路和大螺旋管路。
3.根据权利要求2所述的泡沫压裂液形成装置，其特征在于：首端的所述混合器通过注入端五通管与所述泡沫压裂液与支撑剂混合器的入口端连通，相邻两组所述混合器之间通过混合用四通管连通，末端的所述混合器通过排出端五通管与所述泡沫压裂液排出管和所述特高特征值泡沫排出管连通；
所述注入端五通管、所述混合用四通管和所述排出端五通管的主管道和各端口的内壁均形成环形梯形凸起。
4.根据权利要求3所述的泡沫压裂液形成装置，其特征在于：所述注入端五通管与所述大螺旋管路相连的端口最大内径为4.3cm～4.45cm，所述环形梯形凸起处的内径为2.2cm～3.2cm；
所述注入端五通管与所述小螺旋管路相连的端口最大内径为2.20cm～2.60cm，环形梯形凸起处的内径为1.00cm～1.20cm；
所述注入端五通管的主管道内设有沿泡沫流动方向的分割板；
所述混合用四通管与所述大螺旋管路相连的端口最大内径为4.3cm～4.45cm，环形梯形凸起处的内径为2.2cm～3.2cm；
所述混合用四通管与所述小螺旋管路相连的端口最大内径为2.20cm～2.60cm，环形梯形凸起处的内径为1.00cm～1.20cm；
所述排出端五通管与所述大螺旋管路相连的端口最大内径为4.3cm～4.45cm，环形梯形凸起处的内径为2.2cm～3.2cm；
所述排出端五通管与所述小螺旋管路相连的端口最大内径为2.20cm～2.60cm，环形梯形凸起处的内径为1.00cm～1.20cm；
所述注入端五通管、所述混合用四通管和所述排出端五通管的内壁镶嵌耐冲击陶瓷；
所述小螺旋管路的管内径为2.20cm～2.60cm，螺距为0.6m～0.7m，共有4～7圈，螺旋横截面直径为40.00cm～45.00cm，管壁厚度为2.5cm～3.5cm；
所述大螺旋管路的内径为4.20cm～6.60cm，螺距为1.00m～1.20m，共有2～4圈，螺旋横截面直径为50.00cm～65.00cm，管壁厚度为2.5cm～3.5cm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的泡沫压裂液形成装置，其特征在于：所述高特征值泡沫发生器的入口端和出口端之间依次连接圆台形高特征值泡沫发生管、高特征值泡沫螺旋管道和环形倒齿管；
所述圆台形高特征值泡沫发生管的内管为圆台形管，其大口端为注入端；
所述圆台形高特征值泡沫发生管的内管内沿其轴向设有若干叶片；
所述高特征值泡沫螺旋管道内等间距布置若干孔板，所述孔板上设有若干孔眼；
所述环形倒齿管的内壁形成若干环形三角形凸起，所述环形三角形凸起的上部设有丝网。
6.根据权利要求5所述的泡沫压裂液形成装置，其特征在于：同一水平面的若干所述叶片连接与一轴承上，所述轴承固定一圆盘上；
所述叶片为三棱形叶片，所述三棱形叶片的一表面上均匀布置若干孔洞；
所述高特征值泡沫螺旋管道的内径为4.20cm～4.50cm，螺距为0.5m～0.6m，螺旋半径为1.2m～1.3m，共有6～7圈；
所述孔眼的直径为0.5cm～0.6cm；
所述环形倒齿管的管径为4.20cm～4.50cm，管长为70.00cm～90.00cm，所述三角形凸起的高度为1.2cm～1.3cm；
所述丝网为钢丝网，所述钢丝网的目数为100～120目。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的泡沫压裂液形成装置，其特征在于：所述泡沫压裂液排出管与并联的至少2个所述变径混合震荡器相连通；
每个所述变径混合震荡器依次与2个所述螺杆混合振荡器和1个所述变径混合震荡器相连通；
所述变径混合震荡器包括混合震荡发生管，沿泡沫流动方向，所述混合震荡发生管的内壁形成交替的圆弧状凸起和菱形凹陷；
所述混合震荡发生管的内径为5.5cm～6.5cm，所述圆弧状突起的高度为1.2cm～1.3cm，所述菱形凹陷的深度为0.2cm～0.3cm；
所述螺杆混合振荡器包括螺杆混合震荡发生管，所述螺杆混合震荡发生管内设置泡沫发生用螺杆；
所述螺杆混合震荡发生管的管长为70.00cm～90.00cm，管径为6.80cm～8.00cm；
所述泡沫发生用螺杆的螺距为50cm～60cm，螺旋升角为20°～30°，螺旋形棱宽为2cm～3cm，螺纹外径为5.00cm～6.50cm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的泡沫压裂液形成装置，其特征在于：所述泡沫压裂液形成装置包括2个或多个所述高特征值泡沫发生器；
所述高特征值泡沫发生器通过所述特高特征值泡沫排出管与高特征值泡沫补充管相连通，所述高特征值泡沫补充管与所述泡沫压裂液与支撑剂混合器的注入端相连通；
所述进气管和所述第一进气管上均设有割缝；
所述割缝的宽度为1.2mm～1.4mm，缝长为1.2cm～1.5cm。
9.一种页岩油气用高特征值泡沫压裂液的制备方法，包括如下步骤：通过权利要求1-8中任一项所述泡沫压裂液形成装置中的所述泡沫压裂液与支撑剂注入管注入支撑剂和部分量的泡沫压裂液，通过所述泡沫压裂液注入管注入余量的泡沫压裂液，通过所述第一进气管和所述第二进气管注入气体，则所述泡沫压裂液与支撑剂混合器产生的携带支撑剂的泡沫和所述高特征值泡沫发生器产生的特高特征值泡沫，通过所述变径混合震荡器和所述螺杆混合振荡器混合形成含有支撑剂的高特征值泡沫，通过所述高特征值泡沫排出管排出。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：在制备高特征值泡沫之前，所述方法还包括试压的步骤：
将所述高特征值泡沫排出管连接到注入井口的高压管线上，所述第一进气管和所述第二进气管接在高压注气管线上，关闭所述泡沫压裂液形成装置上的阀门，打开所述第一进气管上的阀门，向所述第一进气管通入高压气体，保持20～95MPa压力30～40min，进行憋压，不刺不漏即为合格；
当砂堵在所述泡沫压裂液与支撑剂混合器中发生时，打开所述高特征值泡沫补充管上的阀门，利用所述高特征值泡沫发生器产生的高特征值泡沫疏通砂堵；当砂堵被疏通后，关闭所述高特征值泡沫补充管上的；
当压裂施工结束后，所述方法还包括如下排渣步骤：
将所述值泡沫压裂液形成装置卸去压力，使所述高特征值泡沫排出管朝向安全方向，关闭所有阀门；打开所述第一进气管上的阀门，通过所述第一进气管注入高压气体，利用高压气体排出所述泡沫压裂液与支撑剂混合器、所述变径混合震荡器和所述螺杆混合振荡器中的支撑剂及残余起泡剂。
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