CN117705644A - 化学压裂液摩阻测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种化学压裂液摩阻测量装置和方法，包括：管路；进液系统，所述进液系统与所述管路连通，用于向所述管路中输送待测化学压裂液；加热系统，所述加热系统与所述管路连通，用于调节所述化学压裂液的温度；调压系统，所述调节系统与所述管路连通，用于调节所述化学压裂液的压力；测量系统，所述测量系统与管路连通，且包括依次相连的干路阀、干路流量计、第一压力计、管路摩阻测量单元、第二压力计、裂缝摩阻测量单元、第三压力；以及回收系统，与所述管路连通用于回收所述化学压裂液。

Description

化学压裂液摩阻测量装置及方法

技术领域

本申请涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种化学压裂液摩阻测量装置及方法。

背景技术

水力压裂作为油气井增产、水井增注的主要措施，自诞生以来便受到了广泛应用。水力压裂一般是先注入前置液，在地层中形成裂缝，然后注入携带有固相支撑剂的携砂液，支撑剂充填裂缝，形成油气入井的高速流动通道。但在注入支撑剂的过程中，当砂浓度过高时，容易造成砂堵，增加施工安全风险。化学压裂采用液液注入，可完全避免砂堵，因此逐渐受到石油工作者的重视。

化学压裂施工过程中，相变压裂液和非相变压裂液同时注入，在井筒及裂缝流动过程中，混合形成化学压裂液，受地层温度的影响，相变压裂液的粘度逐渐升高，并最终产生相变，在裂缝中形成固体支撑剂。由于是采用的液液注入的方式，因此化学压裂不仅能够避免砂堵，同时也能避免常规支撑剂对压裂设备及井筒的磨蚀。

压裂施工过程中，比较重要的一项参数是井口泵压，泵压太高会增加施工安全风险，而施工过程中的井筒及裂缝摩阻将直接影响到泵压，因此对施工摩阻的预测尤为重要。目前对常规压裂液的施工摩阻研究较多，而化学压裂液作为一种新兴的压裂液体系，对其摩阻研究较少，且摩阻测量装置也有所欠缺。

发明内容

本申请提供一种化学压裂液摩阻测量装置及方法，用于解决化学压裂液摩阻测量装置及方法欠缺的问题。

本申请提出一种化学压裂液摩阻测量装置，包括：

管路；

进液系统，所述进液系统与所述管路连通，用于向所述管路中输送待测化学压裂液；

加热系统，所述加热系统与所述管路连通，用于调节所述化学压裂液的温度；

调压系统，所述调节系统与所述管路连通，用于调节所述化学压裂液的压力；

测量系统，所述测量系统与管路连通，且包括依次相连的干路阀、干路流量计、第一压力计、管路摩阻测量单元、第二压力计、裂缝摩阻测量单元、第三压力；以及

回收系统，与所述管路连通用于回收所述化学压裂液。

可选地，所述管路摩阻测量单元的管径可调和/或管壁粗糙度可变。

可选地，所述裂缝摩阻测量单元裂缝宽度可调和/或裂缝壁面粗糙度可变。

可选地，所述调压系统至所述第三压力计之间的管路、所述管路摩阻测量单元以及所述裂缝摩阻测量单元均设有保温结构。

可选地，所述进液系统包括相变压裂液支路、非相变压裂液支路以及降阻剂支路；所述相变压裂液支路、非相变压裂液支路以及降阻剂支路并联至所述管路。

可选地，所述相变压裂液支路包括依次相连的相变压裂液液罐、相变压裂液进液阀和相变压裂液流量计；所述非相变压裂液支路包括依次相连的非相变压裂液液罐、非相变压裂液进液阀和非相变压裂液流量计；所述降阻剂支路包括依次相连的降阻剂液罐、降阻剂进液阀和降阻剂流量计。

可选地，所述加热系统包括加热罐和用于测量所述化学压力液温度的温度传感器。

第二方面，本申请还提出一种化学压裂液的摩阻的测量方法，通过进液系统向管路中输送化学压裂液；通过加热系统将化学压裂液加热至预设温度；通过调压系统将化学压力液调节至预设压力；打开干路阀，记录第一压力计、第二压力计、第三压力计的压力数据，分别记为P1、P2、P3，以及记录干路流量计的流量Q；

计算管路摩阻系数，采用如下公式计算管路摩阻系数：

式中，λ_w为管路摩阻系数，D为管路摩阻测量单元的管径，P₁为第一压力计测量压力，P₂为第二压力计测量压力，ρ_f为化学压裂液密度，v_w为化学压裂液在管路摩阻测量单元中的流速，L_w为管路摩阻测量单元的长度，且流速v_w的计算公式为：

式中，Q为干路流量计测量的流量；

计算裂缝摩阻系数计算，采用如下公式计算裂缝摩阻系数：

式中，λ_f为裂缝摩阻系数，D_e为裂缝摩阻测量单元的截面当量直径，P₃为第三压力计测量压力，v_f为化学压裂液在裂缝摩阻测量单元中的流速，L_f为裂缝摩阻测量单元的长度，且流速v_f的计算公式为：

式中，H为裂缝摩阻测量单元的裂缝高度，w为裂缝摩阻测量单元的裂缝宽度；裂缝摩阻测量单元的截面当量直径D_e的计算公式为：

可选地，调节所述管路摩阻测量单元的管径和/或管壁粗糙度。

可选地，调节所述裂缝摩阻测量单元的裂缝摩阻测量单元裂缝宽度和/或裂缝壁面粗糙度。

本申请中的技术方案中设计有加热系统，能够测量不同温度下的化学压裂液摩阻，以符合化学压裂液摩阻的温度敏感特性；且由于施工过程中，井筒摩阻和裂缝摩阻直接会影响泵压，因而设计管路摩阻测量单元及裂缝摩阻测量单元，能够测量管路摩阻以及裂缝摩阻，为施工过程中的泵压提供理论参考。

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是本申请实施例提供的测量装置的模块结构示意图；

图2是本申请实施例中提供的测量装置的具体结构示意图；

图3是本申请实施例中提供的测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

图1所示，申请提出一种化学压裂液摩阻测量装置，包括：

管路；

进液系统，所述进液系统与所述管路连通，用于向所述管路中输送待测化学压裂液；

加热系统，所述加热系统与所述管路连通，用于调节所述化学压裂液的温度；

调压系统，所述调节系统与所述管路连通，用于调节所述化学压裂液的压力；

测量系统，所述测量系统与管路连通，且包括依次相连的干路阀13、干路流量计14、第一压力计15、管路摩阻测量单元16、第二压力计17、裂缝摩阻测量单元18、第三压力19；以及

回收系统20，与所述管路连通用于回收所述化学压裂液。回收系统20可以为回收罐。

本本申请实施例中，通过第一压力计、第二压力计、第三压力计和干路流量计的流量Q来计算化学压裂液在不同温度下、不同压力条件的摩阻，具体地，第一压力计、第二压力计、第三压力计的压力数据，分别记为P1、P2、P3，以及记录干路流量计的流量Q；

计算管路摩阻系数，采用如下公式计算管路摩阻系数：

式中，λ_w为管路摩阻系数，D为管路摩阻测量单元的管径，P₁为第一压力计测量压力，P₂为第二压力计测量压力，ρ_f为化学压裂液密度，v_w为化学压裂液在管路摩阻测量单元中的流速，L_w为管路摩阻测量单元的长度，且流速v_w的计算公式为：

式中，Q为干路流量计测量的流量；

计算裂缝摩阻系数计算，采用如下公式计算裂缝摩阻系数：

式中，λ_f为裂缝摩阻系数，D_e为裂缝摩阻测量单元的截面当量直径，P₃为第三压力计测量压力，v_f为化学压裂液在裂缝摩阻测量单元中的流速，L_f为裂缝摩阻测量单元的长度，且流速v_f的计算公式为：

式中，H为裂缝摩阻测量单元的裂缝高度，w为裂缝摩阻测量单元的裂缝宽度；裂缝摩阻测量单元的截面当量直径D_e的计算公式为：

本申请中的技术方案中设计有加热系统，能够测量不同温度下的化学压裂液摩阻，以符合化学压裂液摩阻的温度敏感特性；且由于施工过程中，井筒摩阻和裂缝摩阻直接会影响泵压，因而设计管路摩阻测量单元及裂缝摩阻测量单元，能够测量管路摩阻以及裂缝摩阻，为施工过程中的泵压提供理论参考。

作为上述实施例的可选实施方式，所述管路摩阻测量单元的管径可调和/或管壁粗糙度可变。通过调节管路摩阻测量单元的管径和/或管壁粗糙度，来测得化学压裂液在不同管路管径和/或不同管壁的粗糙度下的摩阻，以为在真实工况下确定在某一管径下和或粗糙度下泵送化学压裂液的泵压提供理论支撑。

作为上述实施例的可选实施方式，所述裂缝摩阻测量单元裂缝宽度可调和/或裂缝壁面粗糙度可变。本申请实施例中，通过调节裂缝宽度和/或裂缝壁面粗糙度，来测得化学压裂液在裂缝宽度和/或裂缝壁面粗糙度下的摩阻，以为在真实工况下确定在某一裂缝宽度和/或裂缝壁面粗糙度下泵送化学压裂液的泵压提供理论支撑。

作为上述实施例的可选实施方式，所述调压系统至所述第三压力计之间的管路、所述管路摩阻测量单元以及所述裂缝摩阻测量单元均设有保温结构。

作为上述实施例的可选实施方式，所述进液系统包括相变压裂液支路、非相变压裂液支路以及降阻剂支路；所述相变压裂液支路、非相变压裂液支路以及降阻剂支路并联至所述管路。

作为上述实施例的可选实施方式，图2所示，所述相变压裂液支路包括依次相连的相变压裂液液罐1、相变压裂液进液阀4和相变压裂液流量计7；所述非相变压裂液支路包括依次相连的非相变压裂液液罐2、非相变压裂液进液阀5和非相变压裂液流量计8；所述降阻剂支路包括依次相连的降阻剂液罐3、降阻剂进液阀6和降阻剂流量计9。

作为上述实施例的可选实施方式，所述加热系统包括加热罐和用于测量所述化学压力液温度的温度传感器。

基于上述实施例，本申请实施例可以采用如下测量方法，具体步骤如下：

1进液

调节相变压裂液进液阀4、非相变压裂液进液阀5、降阻剂进液阀6的开度，根据相变压裂液流量计7、非相变压裂液流量计8、降阻剂流量计9的流量显示，按照一定的比例将相变压裂液、非相变压裂液、降阻剂通入加热罐10；

2加热、保温

开启加热罐10并让其缓慢升温，根据温度传感器11的显示判断加热罐10内的温度，温度达到设定的温度则停止加热，并开始保温；

3数据获取

调节干路阀13的开度、打开增压泵12，对加热罐10中流动过来的化学压裂液进行增压，当化学压裂液流动达到稳定后，记录第一压力计15、第二压力计17、第三压力计19的压力数据，分别记为P1、P2、P3，干路流量计14的流量Q；

4计算管路摩阻系数，采用如下公式计算管路摩阻系数：

式中，λ_w为管路摩阻系数，D为管路摩阻测量单元的管径，P₁为第一压力计测量压力，P₂为第二压力计测量压力，ρ_f为化学压裂液密度，v_w为化学压裂液在管路摩阻测量单元中的流速，L_w为管路摩阻测量单元的长度，且流速v_w的计算公式为：

式中，Q为干路流量计测量的流量；

5计算裂缝摩阻系数计算，采用如下公式计算裂缝摩阻系数：

式中，λ_f为裂缝摩阻系数，D_e为裂缝摩阻测量单元的截面当量直径，P₃为第三压力计测量压力，v_f为化学压裂液在裂缝摩阻测量单元中的流速，L_f为裂缝摩阻测量单元的长度，且流速v_f的计算公式为：

式中，H为裂缝摩阻测量单元的裂缝高度，w为裂缝摩阻测量单元的裂缝宽度；裂缝摩阻测量单元的截面当量直径D_e的计算公式为：

第二方面，本申请还提出一种化学压裂液的摩阻的测量方法，通过进液系统向管路中输送化学压裂液；通过加热系统将化学压裂液加热至预设温度；通过调压系统将化学压力液调节至预设压力；打开干路阀，记录第一压力计、第二压力计、第三压力计的压力数据，分别记为P1、P2、P3，以及记录干路流量计的流量Q；

计算管路摩阻系数，采用如下公式计算管路摩阻系数：

式中，λ_w为管路摩阻系数，D为管路摩阻测量单元的管径，P₁为第一压力计测量压力，P₂为第二压力计测量压力，ρ_f为化学压裂液密度，v_w为化学压裂液在管路摩阻测量单元中的流速，L_w为管路摩阻测量单元的长度，且流速v_w的计算公式为：

式中，Q为干路流量计测量的流量；

计算裂缝摩阻系数计算，采用如下公式计算裂缝摩阻系数：

式中，λ_f为裂缝摩阻系数，D_e为裂缝摩阻测量单元的截面当量直径，P₃为第三压力计测量压力，v_f为化学压裂液在裂缝摩阻测量单元中的流速，L_f为裂缝摩阻测量单元的长度，且流速v_f的计算公式为：

式中，H为裂缝摩阻测量单元的裂缝高度，w为裂缝摩阻测量单元的裂缝宽度；裂缝摩阻测量单元的截面当量直径D_e的计算公式为：

作为上述实施例的可选实施方式，调节所述管路摩阻测量单元的管径和/或管壁粗糙度。本申请实施例中，通过调节管路摩阻测量单元的管径和/或管壁粗糙度，来测得化学压裂液在不同管路管径和/或不同管壁的粗糙度下的摩阻，以为在真实工况下确定在某一管径下和或粗糙度下泵送化学压裂液的泵压提供理论支撑。

作为上述实施例的可选实施方式，调节所述裂缝摩阻测量单元的裂缝摩阻测量单元裂缝宽度和/或裂缝壁面粗糙度。本申请实施例中，通过调节裂缝宽度和/或裂缝壁面粗糙度，来测得化学压裂液在裂缝宽度和/或裂缝壁面粗糙度下的摩阻，以为在真实工况下确定在某一裂缝宽度和/或裂缝壁面粗糙度下泵送化学压裂液的泵压提供理论支撑。

以上对本申请实施例所提供的一种化学压裂液的摩阻的测量装置及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种化学压裂液摩阻测量装置，其特征在于，包括：

管路；

进液系统，所述进液系统与所述管路连通，用于向所述管路中输送待测化学压裂液；

加热系统，所述加热系统与所述管路连通，用于调节所述化学压裂液的温度；

调压系统，所述调节系统与所述管路连通，用于调节所述化学压裂液的压力；

测量系统，所述测量系统与管路连通，且包括依次相连的干路阀、干路流量计、第一压力计、管路摩阻测量单元、第二压力计、裂缝摩阻测量单元、第三压力；以及

回收系统，与所述管路连通用于回收所述化学压裂液。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述管路摩阻测量单元的管径可调和/或管壁粗糙度可变。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述裂缝摩阻测量单元裂缝宽度可调和/或裂缝壁面粗糙度可变。

4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述调压系统至所述第三压力计之间的管路、所述管路摩阻测量单元以及所述裂缝摩阻测量单元均设有保温结构。

5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述进液系统包括相变压裂液支路、非相变压裂液支路以及降阻剂支路；

所述相变压裂液支路、非相变压裂液支路以及降阻剂支路并联至所述管路。

6.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述相变压裂液支路包括依次相连的相变压裂液液罐、相变压裂液进液阀和相变压裂液流量计；

所述非相变压裂液支路包括依次相连的非相变压裂液液罐、非相变压裂液进液阀和非相变压裂液流量计；

所述降阻剂支路包括依次相连的降阻剂液罐、降阻剂进液阀和降阻剂流量计。

7.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述加热系统包括加热罐和用于测量所述化学压力液温度的温度传感器。

8.一种化学压裂液的摩阻的测量方法，其特征在于，

通过进液系统向管路中输送化学压裂液；

通过加热系统将化学压裂液加热至预设温度；

通过调压系统将化学压力液调节至预设压力；

打开干路阀，记录第一压力计、第二压力计、第三压力计的压力数据，分别记为P1、P2、P3，以及记录干路流量计的流量Q；

计算管路摩阻系数，采用如下公式计算管路摩阻系数：

式中，λ_w为管路摩阻系数，D为管路摩阻测量单元的管径，P₁为第一压力计测量压力，P₂为第二压力计测量压力，ρ_f为化学压裂液密度，v_w为化学压裂液在管路摩阻测量单元中的流速，L_w为管路摩阻测量单元的长度，且流速v_w的计算公式为：

式中，Q为干路流量计测量的流量；

计算裂缝摩阻系数计算，采用如下公式计算裂缝摩阻系数：

式中，λ_f为裂缝摩阻系数，D_e为裂缝摩阻测量单元的截面当量直径，P₃为第三压力计测量压力，v_f为化学压裂液在裂缝摩阻测量单元中的流速，L_f为裂缝摩阻测量单元的长度，且流速v_f的计算公式为：

式中，H为裂缝摩阻测量单元的裂缝高度，w为裂缝摩阻测量单元的裂缝宽度；裂缝摩阻测量单元的截面当量直径D_e的计算公式为：

9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，调节所述管路摩阻测量单元的管径和/或管壁粗糙度。

10.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，调节所述裂缝摩阻测量单元的裂缝摩阻测量单元裂缝宽度和/或裂缝壁面粗糙度。