CN204405491U - 一种co2干法压裂液动态滤失性能评价装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及油气开发领域，具体涉及一种对油气开发低渗、低压水敏地质改造过程中常用的CO2干法压裂液的动态滤失性能评价装置。一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，包括相互串联的压裂液配制单元以及性能测试单元；所述压裂液配制单元包括依次连接的泵注系统、泡沫发生器以及预热盘管；所述性能测试单元包括岩心夹持器、混输泵、缓冲容器以及加热管组成的循环回路，岩心夹持器还连接有计量装置，预热盘管通过连接岩心夹持器连通性能测试单元。本实用新型动态滤失测试单元为封闭循环回路，混合液体以径向方向沿岩芯端面剪切流动，液体通过混输泵实现在封闭回路中的单向稳定循环流动，避免了活塞泵进程拐点导致的流速变化。
Description
技术领域
本实用新型涉及油气开发领域，具体涉及一种对油气开发低渗、低压水敏地质改造过程中常用的CO2干法压裂液的动态滤失性能评价装置。
背景技术
压裂液是压裂施工的工作液，起着传递压力、破裂岩石、延伸裂缝及携带支撑剂等作用，其性能的优劣直接关系到压裂施工成功与否和增产效果的好坏。水基压裂液因存在破胶残渣和水锁、水敏等问题，不可避免地会对储层造成伤害，影响到最终的改造效果；另外配制压裂液需要大量清水，而且对地下水及地表环境存在污染隐患。因此，寻找一种可替代水、无伤害、无污染的压裂液体系，是目前油气开采技术的研究方向之一。因具有独特的物化性质，液态CO2逐渐在油气井增产改造中得到应用，这种液态CO2压裂技术采用无水相的液态CO2作为压裂液，压后CO2变成气体从地层中快速、彻底排出，对储层几乎无伤害，对地下水及地表环境也不存在污染风险，因此受到了极大地关注，又被称之为CO2干法压裂液。
目前对于CO2干法压裂液动态滤失性能测试的方法大多采用开路系统，且压裂液是以轴向静态压差方式流过岩芯，与实际压裂中的液体滤失过程存在很大差异，对于采用径向流过岩芯端面的测试系统，其流体的循环流动方式多为通过采用活塞容器不断切换的方式实现，而这种系统在活塞切换的过程中通常存在非常明显流速拐点，同时岩芯端面流体的流速较低。
发明内容
本实用新型提供采用一种径向流过岩芯端面，循环流动方式流向切换时流速稳定的一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置。
一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，包括相互串联的压裂液配制单元以及性能测试单元；所述压裂液配制单元包括依次连接的泵注系统、泡沫发生器以及预热盘管；所述性能测试单元包括岩心夹持器、混输泵、缓冲容器以及加热管组成的循环回路，岩心夹持器还连接有计量装置，预热盘管通过连接岩心夹持器连通性能测试单元。
所述的预热盘管还连接有背压阀。
泵注系统由增稠剂/起泡剂的泵注、CO2的泵注以及N2的泵注并联组成；其中，增稠剂/起泡剂的泵注由依次连接的起泡剂/增稠剂罐、加药泵以及止回阀组成，CO2的泵注由依次连接的CO2杜瓦罐、减压阀、柱塞泵以及止回阀组成，N2的泵注由依次串联的N2瓶、减压阀以及气体增压泵组成。
所述计量装置包括质量计量装置以及流量计量装置；其中质量计量装置为天平，流量计量装置为流量计。
所述岩心夹持器还依次连接有恒压平流泵以及储罐群。
所述恒压平流泵与缓冲容器相连。
所述岩心夹持器为高温高压多测压点岩芯夹持器，轴向方向共6个测压孔，岩芯长度可达280mm。
所述储罐群包括盐水罐以及煤油罐。
本实用新型的技术效果在于：
本实用新型动态滤失测试单元为封闭循环回路，混合液体以径向方向沿岩芯端面剪切流动，液体通过混输泵实现在封闭回路中的单向稳定循环流动，避免了活塞泵进程拐点导致的流速变化，且可以根据实验需求任意切换配液支路实现不同类型干法压裂液体系的性能测试。岩芯进出口压差可以根据需要进行调节恒压泵以及缓冲容器实现，使得循环回路在测试过程中不会因液体的滤失以及管流摩阻的影响而导致压力变化。
附图说明
图1为本实用新型一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置的结构示意图。
其中，1-起泡剂/增稠剂罐，2-加药泵，3-止回阀，4-CO2杜瓦罐，5-减压阀，6-柱塞泵， 7-流量计，8-N2瓶，9-气体增压泵，10-泡沫发生器，11-预热盘管，12-背压阀，13-煤油罐，14-盐水罐，15-恒压平流泵，16-混输泵，17-缓冲容器，18-加热管，19-岩芯夹持器，20-手摇增压泵，21-清水池，22-天平， 23-吸收溶液池，24-储气罐。
具体实施方式
一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，包括相互串联的压裂液配制单元以及性能测试单元；所述压裂液配制单元包括依次连接的泵注系统、泡沫发生器10以及预热盘管11；其特征在于：所述性能测试单元包括岩心夹持器19、混输泵16、缓冲容器17以及加热管18组成的循环回路，岩心夹持器19还连接有计量装置，预热盘管11通过连接岩心夹持器19连通性能测试单元。所述的预热盘管11还连接有背压阀12。泵注系统由增稠剂/起泡剂的泵注、CO2的泵注以及N2的泵注并联组成；其中，增稠剂/起泡剂的泵注由依次连接的起泡剂/增稠剂罐1、加药泵2以及止回阀3-1组成，CO2的泵注由依次连接的CO2杜瓦罐4、减压阀5-1、柱塞泵6以及止回阀3-2组成，N2的泵注由依次串联的N2瓶8、减压阀5-2以及气体增压泵9组成。所述计量装置包括质量计量装置以及流量计量装置；其中质量计量装置为天平22，流量计量装置为流量计7-3。所述岩心夹持器19还依次连接有恒压平流泵15以及储罐群。所述恒压平流泵15与缓冲容器17相连。所述岩心夹持器19为高温高压多测压点岩芯夹持器19，轴向方向共6个测压孔，岩芯长度可达280mm。所述储罐群包括盐水罐13以及煤油罐14。岩芯夹持器19下设有清水池21，通过手摇泵增压泵20将清水池21中的清水注入岩芯夹持器19对岩芯加围压，其高于实验压力2~5 MPa，启动混输泵16，将压裂液流经岩芯端面的剪切流速设定到实验工况即0~3 m·s-1后开始实验，加热管18用于补偿实验过程中的热损，保证实验工况的稳定。通过流量计7-3以及吸收溶液池23的质量变化来实现对于动态滤失性能的计量。
压裂液配制单元：CO2杜瓦罐4底部出口与减压阀5-1相连，经减压阀5-1减压到0.3~1MPa后，CO2进入柱塞泵6增压，后与经加药泵2增压后的起泡剂/增稠剂汇合后进入泡沫发生器10，来自N2瓶8中的N2先经减压阀5-2减压到0.5~3MPa后进入气体增压泵9，之后与CO2混合流体在泡沫发生器10中汇合发泡；本实验过程中，气体增压泵9驱动形式为气驱，配有相应的空气压缩机，增压比可实现10~30自由调节，出口压力最高为60MPa；泡沫发生器10采用螺管射流方式，生成的泡沫尺寸均匀且泡沫稳定性比较好。混合流体之后进入预热盘管11进行加热，预热盘管11外包有电加热管，采用外绕电阻丝的方式，加热功率可用温控仪控制，用以实现压裂液变温控制，将混合流体温度加热到实验所需温度，完成压裂液的配制。
性能测试单元：配制好的混合流体一方面经背压阀12控制流出系统，一方面进入性能测试单元。当性能测试单元的循环回路充填完成关闭压裂液配制单元，使得性能测试单元成为一个封闭系统，盐水罐14实验前对岩心充填饱和盐水，充填过程通过恒压平流泵15由岩心末端注入，打开煤油罐13及恒压平流泵15，并将其压力设定为实验压力10~40 MPa，。缓冲容器17与恒压平流泵15连接，采用煤油作为补压介质以维持循环回路压力稳定同时补偿实验过程中液体的滤失。岩芯夹持器19下设有清水池21，通过手摇泵增压泵20将清水池21中的清水注入岩芯夹持器19对岩芯加围压，其高于实验压力2~5 MPa，启动混输泵16，将压裂液流经岩芯端面的剪切流速设定到实验工况即0~3 m·s-1后开始实验，加热管18用于补偿实验过程中的热损，保证实验工况的稳定。通过流量计7-3以及吸收溶液池23的质量变化来实现对于动态滤失性能的计量，其中，吸收溶液池采用40wt%的MDEA溶液1.5L。实验完成后系统内压裂液经背压阀12及减压阀5-3缓慢排放，进入相应的回收装置。
对于纯液态CO2及“液态CO2+增稠剂”两种类型的干法压裂液，通过实时检测流量计7-3数据以及吸收溶液池21的质量变化得到压裂液的滤失量随时间的变化关系，根据达西方程及国标SY/T5107-1995规定的滤失性计算细则即可得出相应压裂液的动态滤失系数。对于“CO2+N2”类型的干法压裂液流量则是通过吸收溶液质量池21变化监测CO2滤失量，吸收溶液前后的流量计分别用于检测混合流量的流量以及混合流体中N2的流量，从而更加准确的得出滤失液的综合流量随时间的变化关系，进而最终得出压裂液的动态滤失系数。
压裂液配制过程中可以根据实验需求任意切换配液支路，如测试纯液态CO2干法压裂液的性能，只需关闭起泡剂/增稠剂的泵注及N2的泵注，混合流体之后进入预热盘管11进行加热，当流体温度加热到实验所需温度（最高为60℃）后则完成了压裂液的配制。整个过程中系统的压力是由背压阀12实现控制，最高可达50MPa，测试温度为-20~60℃。岩芯夹持器19进出口压差可以根据需要进行调节恒压平流泵15实现，使得循环回路在测试过程中不会因液体的滤失以及管流摩阻的影响而导致压力变化。
本实用新型动态滤失测试过程中混合液体在封闭回路中做循环流动，循环过程避免了常规活塞泵进行流向切换时流速不稳定的问题，流体以径向方向沿岩芯端面剪切流动，更加符合实际压裂的真实情况，且压裂液端面流速通过调节混输泵16流量可实现0~3m·s-1 范围内任意调节，操作完全实现实时检测实时调节，控制简单，操作安全。数采系统采用实时采集、实时处理、实时显示的工作方式，通信效率高，数据精度高，安全性好，结构简单。
Claims (8)
1.一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，包括相互串联的压裂液配制单元以及性能测试单元；所述压裂液配制单元包括依次连接的泵注系统、泡沫发生器（10）以及预热盘管（11）；其特征在于：所述性能测试单元包括岩心夹持器（19）、混输泵（16）、缓冲容器（17）以及加热管（18）组成的循环回路，岩心夹持器（19）还连接有计量装置，预热盘管（11）通过连接岩心夹持器（19）连通性能测试单元。
2.如权利要求1所述一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，其特征在于：所述的预热盘管（11）还连接有背压阀（12）。
3.如权利要求1所述一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，其特征在于：泵注系统由增稠剂/起泡剂的泵注、CO2的泵注以及N2的泵注并联组成；其中，增稠剂/起泡剂的泵注由依次连接的起泡剂/增稠剂罐（1）、加药泵（2）以及止回阀（3-1）组成，CO2的泵注由依次连接的CO2杜瓦罐（4）、减压阀（5-1）、柱塞泵（6）以及止回阀（3-2）组成，N2的泵注由依次串联的N2瓶（8）、减压阀（5-2）以及气体增压泵（9）组成。
4.如权利要求1所述一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，其特征在于：所述计量装置包括质量计量装置以及流量计量装置；其中质量计量装置为天平（22），流量计量装置为流量计（7-3）。
5.如权利要求1所述一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，其特征在于：所述岩心夹持器（19）还依次连接有恒压平流泵（15）以及储罐群。
6.如权利要求5所述一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，其特征在于：所述恒压平流泵（15）与缓冲容器（17）相连。
7.如权利要求5所述一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，其特征在于：所述岩心夹持器（19）为高温高压多测压点岩芯夹持器（19），轴向方向共6个测压孔，岩芯长度可达280mm。
8.如权利要求5所述一种CO2干法压裂液动态滤失性能评价装置，其特征在于：所述储罐群包括盐水罐（13）以及煤油罐（14）。
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