CN104914012A - 一种二氧化碳无水压裂液滤失性测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统及测试方法，该系统首先由第一气瓶和第二气瓶分别通过第一阀和第二阀与气体净化器入口连接，气体净化器出口依次连接体积流量计、制冷系统和液态CO2储罐，制冷系统和液态CO2储罐并联后再串接有第三阀，液态CO2储罐出口同时连接有第四阀、第一压力计、第五阀和CO2泵，然后汇合另一条连接有试剂罐和试剂泵的支路，在两条支路汇合处连接安全阀，并依次连接第一单向阀、预热器、温度计和第二压力计后进入恒温箱，恒温箱内设有滤失仪、岩心夹持器、加回压支路和加环压支路，在恒温箱出口连接致冷机、质量流量计和压裂液回收装置；本发明还公开了测试方法；专门模拟并测试不同添加剂配比下的二氧化碳无水压裂液在不同温度、不同压力和不同剪切速度的情况下压裂液对储层岩心的滤失程度。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳无水压裂技术领域，特别涉及一种二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统及测试方法。
背景技术
随着对非常规油气藏的大规模勘探与开发，二氧化碳无水压裂技术由于其“无水压裂”的特性正备受关注。CO2无水压裂技术主要是用CO2无水压裂液(主要由液态CO2和极少量化学添加剂混合形成)代替传统水基压裂液进行储层改造，在提高体积压裂改造效果的同时，能够有效保护储层，并且节约大量的水资源。
然而，现场作业常需测取CO2无水压裂液的关键流体参数，其中便包括滤失特性参数。然而，实际的市场调研发现，现有的施工现场作业，或实验室研究常用的压裂液滤失特性测试仪器，多是主要针对常规液体压裂液，例如冻胶压裂液或清水压裂液，对专门测试这种气体压裂液的滤失特性的系统与设备，市场上还没有成熟的产品销售。
因此，我们发明了本测试系统。本发明——一种二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统及测试方法，可以模拟并测试不同添加剂配比下的二氧化碳无水压裂液，在不同温度、不同压力和不同剪切速度的情况下，压裂液对储层岩心的滤失程度。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的设备及仪器不配套的问题，本发明的目的在于提供了一种二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统及测试方法，专门测试不同添加剂配比下的二氧化碳无水压裂液在不同温度、不同压力和不同剪切速度下的滤失参数。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统，包括第一气瓶1和第二气瓶2，且第一气瓶1和第二气瓶2分别通过第一阀3和第二阀4与气体净化器5的入口连接，气体净化器5的出口依次连接体积流量计6、制冷系统7和液态CO2储罐8，其中制冷系统7和液态CO2储罐8并联后再串接有第三阀9，液态CO2储罐8出口同时连接有第四阀10、第一压力计12、第五阀11和CO2泵13，然后汇合另一条依次连接有试剂罐14和试剂泵15的支路，在两条支路汇合处连接有安全阀16，并依次连接第一单向阀17、预热器18、温度计19和第二压力计20后进入恒温箱21，在恒温箱21出口依次连接有致冷机38、质量流量计39和压裂液回收装置40。
所述恒温箱21内部，与第二压力计20相连接的是第六阀22，第六阀22后依次连接有滤失仪23、岩心夹持器24、第三压力计25、第七阀26，之后连接恒温箱出口处的外界致冷机38；在滤失仪23入口处和岩心夹持器24的出口端安装有压差传感器27；在岩心夹持器24出口处连接有加回压支路，加回压支路上依次连接回压阀28、第二单向阀29、回压泵30和N2瓶31；在岩心夹持器24侧面连接有加环压支路，加环压支路上依次连接第八阀32、环压跟踪泵33、过滤器34和储液罐35，且储液罐35的下端设计有第十阀37；同时，在滤失仪23下端设计有第九阀36。
所述系统能够根据需要灵活选择气瓶即第一气瓶1和第二气瓶2的接入数量，同时气瓶口向下倾斜固定放置；所述液态CO2储罐8在制冷系统7内，为制冷系统7一部分。
所述气体净化器5是为了除去原始二氧化碳气体中混杂的水蒸气等杂质，提纯获得高精度二氧化碳气体。
所述CO2泵13和试剂泵15采用恒速恒压泵，能够根据需要，选择适当规格型号，设定排量，调节泵的流量，最大工作压力为70MPa以上，从而能够模拟压裂施工时地层压力条件。
所述安全阀16安装在CO2泵13和试剂泵15的两条支路汇合处。
所述第一单向阀17只允许流经安全阀16的压裂液流向系统恒温箱相关管线，而第二单向阀29只允许N2向岩心夹持器24末端施加回压。
所述恒温箱21自带加热系统和保温系统，温度范围为-30～150℃，能够根据需要，选择适当型号，设定温度，调节测试时压裂液温度，从而模拟地层温度条件，且恒温箱21内部温度可以由其温度传感器实时监测。
所述滤失仪23可以采用与美国Core Lab/Temco公司FDS-800型动态滤失及地层伤害评价系统这一设备相同的对应结构。
所述N2瓶31为回压容器，通过回压泵30泵入，用于向岩心夹持器施加回压。
所述储液罐35内储存液体可为一般清水，通过环压跟踪泵33，用于向岩心夹持器施加围压。
所述致冷机38，安装在恒温箱21的出口处，其后连接质量流量计39，且其间距离尽量短，用于压裂液排出量的测量。
所述压裂液回收装置40，用于回收处理压裂液，防止污染。
所述系统所有连接管线均采用316L管线；且第二压力计20到致冷机38间的所有相关仪器和管线均放于恒温箱中。
所述体积流量计6、第一压力计12、CO2泵13、试剂泵15、预热器18、温度计19、第二压力计20、滤失仪23、第三压力计25、压差传感器27以及回压泵30、环压跟踪泵33、致冷机38和质量流量计39均连接数字采集控制卡，用于采集压力、温度、流量、压差、转速和泵排量，采集的数据经处理生成原始数据报表，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。
上述所述的二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统的测试方法，第一气瓶1、第二气瓶2中CO2气体经过制冷系统7液化储存在在液态CO2储罐8中，然后由CO2泵13输入管路，并与来自另一支路由试剂泵15泵入管路的事先配置好的不同配比的添加剂相混合，经预热器18适量加热后进入恒温箱21中，通过调节恒温箱21的加热系统的温度和内部滤失仪23的剪切转动参数，来测试不同添加剂配比形成的、不同压力下的二氧化碳无水压裂液在不同温度和不同剪切速度下的滤失特性，最后通过致冷机38将其排出液制冷液化，并通过紧邻的质量流量计39测量后流入压裂液回收装置40；测试过程中压裂液总量为管路输入总量，即CO2泵13和试剂泵15总输入量；压裂液测试后剩余量为质量流量计39测量值；一定时间内，在一定压力和温度条件下的，二氧化碳无水压裂液总输入量与其剩余量的差值便是所需要的动滤失量。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
(1)本发明是专门模拟并测试不同添加剂配比形成的二氧化碳无水压裂液在不同温度、不同压力和不同剪切速度的情况下压裂液对储层岩心的滤失程度。
(2)本系统中第一气瓶1和第二气瓶2能够根据需要灵活选择气瓶接入数量，存放时应将气瓶瓶口向下倾斜存放，以便于更好地保存和输出液化的二氧化碳。
(3)本系统中制冷系统7可以根据实验需要设定制冷温度。它内置的液态CO2储罐8可以储存一定量液态CO2。
(4)本系统中CO2泵13和试剂泵15采用恒速恒压泵，可以根据需要，选择适当规格型号，设定排量，调节泵的流量；最大工作压力为70MPa以上，能够模拟压裂施工时地层压力条件。
(5)本系统中安全阀16安装在CO2泵13和试剂泵15的两条支路汇合处，防止由CO2泵13泵入的液态二氧化碳和由试剂泵15泵入的不同配比的添加剂混合后增压形成的高压流体损坏管路，保障管路安全。
(6)本系统中第一单向阀17能够有效防止泵入管路的高压压裂液回流，而第二单向阀29能够有效防止测试时在驱替压差作用下压裂液进入加回压支路。
(7)本系统中恒温箱21自带加热系统和保温系统，温度范围为-30～150℃，便于控制压裂液测试温度；能够根据需要，选择适当型号，设定温度，调节测试时压裂液温度，从而模拟地层温度条件，且恒温箱21内部温度可以由其温度传感器实时监测。
(8)本系统中滤失仪23与岩心夹持器24连接处为一圆形孔道，岩心暴漏出来一个端面；滤失仪23，内含剪切系统，通过控制交流伺服电机参数，可以带动与电机相连接的转动剪切机构，且圆柱状搅拌桨能够显著降低对高分子添加剂的剪切破坏，从而可使得压裂液流过岩心端面并模拟不同速度的剪切流动，同时在压差作用下使得岩心端面上形成滤饼，能够模拟动态滤失过程。
(9)本系统中压差传感器27安装在滤失仪23入口处和岩心夹持器24的出口端，相较于在不同测点部置压力计侧压差，压差传感器测量更为精确，相对误差较小。
(10)本系统中N2瓶31为回压容器，通过回压泵30向岩心夹持器24施加回压，不仅具有气体控制压力控制精度较高的优点，并且N2的物理性质和化学性质都比较稳定。
(11)本系统中储液罐35，通过环压跟踪泵33向岩心夹持器24施加围压，控制岩心夹持器24的围压始终大于躯体压差，从而能够模拟有效的动态滤失过程。
(12)本系统中致冷机38，安装在恒温箱21的出口处，其后连接质量流量计39，且其间距离尽量短，能够提高二氧化碳无水压裂液的排出液的计量精确度，减小测试误差。
(13)本系统中压裂液回收装置40，用于回收并处理废弃的测试压裂液，防止对实验室和环境造成污染。
(14)本系统中第九阀36和第十阀37，不仅可以用于排空清洗容器内部，而且第九阀36还可以用于常规液体压裂液的静滤失测量。
(15)本系统所有连接管线均采用316L管线；且第二压力计20到致冷机38期间的所有相关仪器和管线均放于恒温箱中，相较于保温管线，恒温箱更能够维持测试时压裂液各处温度的稳定性和均一性。
(16)本系统中体积流量计6、第一压力计12、CO2泵13、试剂泵15、预热器18、温度计19、第二压力计20、滤失仪23、第三压力计25、压差传感器27以及回压泵30、环压跟踪泵33、致冷机38和质量流量计39均连接数字采集控制卡，用于采集压力、温度、流量、压差、转速和泵排量，采集的数据经处理生成原始数据报表，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。
附图说明
图1为本发明测试系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细叙述。
如图1所示，第一气瓶1和第二气瓶2气体分别通过第一阀3和第二阀4后，经过气体净化器5净化后，通过体积流量计6计量流量。然后通过制冷系统7，将二氧化碳制冷液化后储存在液态CO2储罐8中，经CO2泵13输入管路，并与来自另一支路中由试剂泵15泵入管路的试剂罐14中事先配置好的不同配比的添加剂相混合，然后当流体增压至一定程度后，通过安全阀16和第一单向阀17，经预热器18适量加热后，进入恒温箱21中测试不同添加剂配比形成的、不同压力下的二氧化碳无水压裂液在不同温度和不同剪切速度下的滤失特性，然后通过致冷机38将其排出液制冷液化，并通过紧邻的质量流量计39测量后流入压裂液回收装置40。
恒温箱测试过程中，当向岩心夹持器24中添加岩心后，首先打开环压跟踪泵33和储液罐35，向岩心施加围压，并控制其压力始终大于第二压力计20的读数；然后通过回压泵30和N2瓶31对回压阀施加控制压力，其具体压力可通过第三压力计25读出；压裂液动态滤失过程中的驱替压差可以通过压差传感器27读取；再调节恒温箱加热系统参数，控制压裂液测试温度，模拟地层温度条件，且恒温箱21内部具体温度可以由其温度传感器实时监测；最后调节滤失仪23上端交流伺服电机参数，带动与电机相连接的转动剪切机构，从而可使得压裂液流过岩心夹持器24中岩心的暴漏端面处并模拟不同速度的剪切流动，进行不同剪切速度下的律师特性研究。
此外，本系统还有数据采集处理功能，实现计算机操作：数据采集包括压力、温度、流量、压差、转速和相应的泵排量，为了保证测量精度和控制的可靠性，所述系统中的数字采集控制卡均采用进口数字采集控制卡，从而实现数字化采集传输。
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。
本发明的测试方法为：
第一气瓶1、第二气瓶2中CO2气体经过制冷系统7液化储存在在液态CO2储罐8中，然后由CO2泵13输入管路，并与来自另一支路由试剂泵15泵入管路的事先配置好的不同配比的添加剂相混合，经预热器18适量加热后进入恒温箱21中，通过调节恒温箱21的加热系统的温度和内部滤失仪23的剪切转动参数，可以测试不同添加剂配比形成的、不同压力下的二氧化碳无水压裂液在不同温度和不同剪切速度下的滤失特性，最后通过致冷机38将其排出液制冷液化，并通过紧邻的质量流量计39测量后流入压裂液回收装置40；测试过程中压裂液总量为管路输入总量，即CO2泵13和试剂泵15总输入量；压裂液测试后剩余量为质量流量计39测量值；一定时间内，在一定压力和温度条件下的，二氧化碳无水压裂液总输入量与其剩余量的差值便是所需要的动滤失量。
Claims (9)
1.一种二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统，其特征在于：包括第一气瓶(1)和第二气瓶(2)，且第一气瓶(1)和第二气瓶(2)分别通过第一阀(3)和第二阀(4)与气体净化器(5)的入口连接，气体净化器(5)的出口依次连接体积流量计(6)、制冷系统(7)和液态CO2储罐(8)，其中制冷系统(7)和液态CO2储罐(8)并联后再串接有第三阀(9)，液态CO2储罐(8)出口同时连接有第四阀(10)、第一压力计(12)、第五阀(11)和CO2泵(13)，然后汇合另一条依次连接有试剂罐(14)和试剂泵(15)的支路，在两条支路汇合处连接有安全阀(16)，并依次连接第一单向阀(17)、预热器(18)、温度计(19)和第二压力计(20)后进入恒温箱(21)，在恒温箱(21)出口依次连接有致冷机(38)、质量流量计(39)和压裂液回收装置(40)；
所述恒温箱(21)内部，与第二压力计(20)相连接的是第六阀(22)，第六阀(22)后依次连接有滤失仪(23)、岩心夹持器(24)、第三压力计(25)、第七阀(26),之后连接恒温箱出口处的外界致冷机(38)；在滤失仪(23)入口处和岩心夹持器(24)的出口端安装有压差传感器(27)；在岩心夹持器(24)出口处连接有加回压支路，加回压支路上依次连接回压阀(28)、第二单向阀(29)、回压泵(30)和N2瓶(31)；在岩心夹持器(24)侧面连接有加环压支路，加环压支路上依次连接第八阀(32)、环压跟踪泵(33)、过滤器(34)和储液罐(35)，且储液罐(35)的下端设计有第十阀(37)；同时，在滤失仪(23)下端设计有第九阀(36)。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统，其特征在于：所述系统能够根据需要灵活选择气瓶即第一气瓶(1)和第二气瓶(2)的接入数量，同时气瓶口向下倾斜固定放置；所述液态CO2储罐(8)在制冷系统(7)内，为制冷系统(7)一部分。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统，其特征在于：所述CO2泵(13)和试剂泵(15)采用恒速恒压泵，能够根据需要，选择规格型号，设定排量，调节泵的流量；其最大工作压力为70MPa以上，从而能够模拟压裂施工时地层压力条件。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统，其特征在于：所述第一单向阀(17)只允许流经安全阀(16)的压裂液流向系统恒温箱相关管线，而第二单向阀(29)只允许N2向岩心夹持器(24)末端施加回压。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统，其特征在于：所述恒温箱(21)自带加热系统和保温系统，温度范围为-30～150℃，能够根据需要，选择型号，设定温度，调节测试时压裂液温度，从而模拟地层温度条件，且恒温箱(21)内部温度由其温度传感器实时监测。
6.根据权利要求1所述的二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统，其特征在于：所述N2瓶(31)为回压容器，通过回压泵(30)泵入，用于向岩心夹持器(24)施加回压；所述储液罐(35)内储存液体为清水，通过环压跟踪泵(33)，用于向岩心夹持器(24)施加围压。
7.根据权利要求1所述的二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统，其特征在于：所述致冷机(38)用于将压裂液排出液制冷液化；其后连接质量流量计(39)，且其间距离尽量短，用于压裂液排出量的测量。
8.根据权利要求1所述的二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统，其特征在于：所述体积流量计(6)、第一压力计(12)、CO2泵(13)、试剂泵(15)、预热器(18)、温度计(19)、第二压力计(20)、滤失仪(23)、第三压力计(25)、压差传感器(27)以及回压泵(30)、环压跟踪泵(33)、致冷机(38)和质量流量计(39)均连接数字采集控制卡，用于采集压力、温度、流量、压差、转速和泵排量，采集的数据经处理生成原始数据报表，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；所述系统所有连接管线均采用316L管线。
9.权利要求1至8任一项所述的二氧化碳无水压裂液滤失特性测试系统的测试方法，其特征在于：第一气瓶(1)、第二气瓶(2)中CO2气体经过制冷系统(7)液化储存在在液态CO2储罐(8)中，然后由CO2泵(13)输入管路，并与来自另一支路由试剂泵(15)泵入管路的事先配置好的不同配比的添加剂相混合，经预热器(18)加热后进入恒温箱(21)中，通过调节恒温箱(21)的加热系统的温度和滤失仪(23)的剪切转动参数，来测试不同添加剂配比形成的、不同压力下的二氧化碳无水压裂液在不同温度和不同剪切速度下的滤失特性，最后通过致冷机(38)将其排出液制冷液化，并通过紧邻的质量流量计(39)测量后流入压裂液回收装置(40)；测试过程中压裂液总量为管路输入总量，即CO2泵(13)和试剂泵(15)总输入量；压裂液测试后剩余量为质量流量计(39)测量值；一定时间内，在一定压力和温度条件下的，二氧化碳无水压裂液总输入量与其剩余量的差值便是所需要的动滤失量。
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