[发明专利]一种泡沫压裂液动态携砂能力评价装置及工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种泡沫压裂液动态携砂能力评价装置及工作方法，属于石油、天然气压裂增产用流体性能评价装置的技术领域。

背景技术

20世纪70年代末，泡沫压裂液就可已经开在得到应用，发展到现在泡沫压裂工艺已经在美国、加拿大、澳大利亚等国家得到广泛应用。国内在80年代后期引入泡沫压裂技术后，不断进行实验研究及现场应用探索，发展到现在已形成了多种泡沫液体系，主要包括纯表活剂泡沫压裂液、线性胶泡沫压裂液、酸碱性交联泡沫压裂液等。

动态携砂性能是指压裂液体系携带支撑剂颗粒运移的能力，是评价压裂液性能重要指标。泡沫压裂液作为两相流体不同于常规单相压裂液，采用常规评价方法无法对其有效、准确评价，同时泡沫压裂液独特的微观结构影响着其携砂性能，这就同时要求携砂评价装置能够进行微观可视化研究。因此，研发一种可以评价泡沫压裂液和常规压裂液携砂能力，且高效、精确、经济的装置及方法是十分必要的。

中国专利CN10245347A公开的一种煤层气用泡沫压裂液的悬砂性能测试方法，直接将泡沫压裂液加入量筒、加入陶粒支撑剂，观察陶粒的沉降速度、分析泡沫压裂液的悬砂性能。首先，这种方法是一种静态悬砂性能测试方法，无法贴近现场，可信度低；其次，直接将泡沫加入量筒会使泡沫暴露在空气中，这将影响泡沫的稳定性，增大实验误差。

中国专利CN203132950U公开的流体携砂能力测量装置，借用了井筒冲砂的原理，压裂液经过内筒流向外筒底部，再带动外筒底部的支撑剂由外筒向上流出。通过对比携带支撑剂的高度，以及底部静态的支撑剂体积来评价压裂液的携砂能力。首先，这种装置和方法只能适用于常规压裂液体系的携砂能力测试；其次，压裂液铺置支撑剂的过程主要发生在裂缝而不是井筒，采用井筒冲砂原理影响实验的可信度。

《工程热物理学报》2011年第1期中，记载了由孙晓发表的《交联氮气泡沫压裂液的携砂性能研究》一篇文章。该文章在大型高压泡沫压裂液实验回路上，对泡沫压裂液的携砂性能进行了实验研究，采用泡沫压裂液的临界携砂流速表征携砂性能。首先，这种实验设备体积庞大，费用高昂，难以普及；其次，该方法仍然是是在管路中而不是裂缝中研究压裂液携砂性能；最后，文章中虽然实现了支撑剂沉降的可视化观察，但由于管径粗、泡沫透光性差、颗粒运移轨迹不规则等原因，该装置无法良好得实现泡沫与支撑剂相互作用的微观可视化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种泡沫压裂液动态携砂能力评价装置，该装置可以评价泡沫压裂液和常规单相压裂液携砂能力，同时可以实现泡沫与支撑剂相互作用的微观可视化，该装置具有高效、精确、经济等特点。

本发明还提供一种上述泡沫压裂液动态携砂能力评价装置的工作方法。

本发明技术方案在于：

一种泡沫压裂液动态携砂能力评价装置，包括产气部、压裂液储存部、均与产气部和压裂液储存部相连的泡沫发生器、支撑剂储罐和模拟裂缝板；

所述的产气部包括沿气体扩散方向依次连接的气瓶、气体流量计和单向阀；

所述的压裂液储存部包括可控制压裂液流出流量的装置；

所述产气部产生的气体和压裂液储存部产生的液体经气泡发生器作用产生压裂液泡沫，所述的压裂液泡沫流入所述支撑剂储罐的顶部；

在支撑剂储罐的底部设置有模拟裂缝板，在所述模拟裂缝板的末端设置有回压阀；在所述支撑剂储罐的顶部设置有压力表。

根据本发明优选的，所述泡沫发生器与支撑剂储罐通过连接管线相连，所述连接管线为内径3～6mm的不锈钢管线。

根据本发明优选的，所述泡沫压裂液动态携砂能力评价装置还包括计算机和微观摄像机；在所述模拟裂缝板上设置有微观摄像机，所述微观摄像机与所述计算机相连，用于采集、储存、分析所述模拟裂缝内泡沫压裂液携砂的参数，以评价所述模拟裂缝内泡沫压裂液携砂能力。

根据本发明优选的，所述可控制压裂液流出流量的装置包括由平流泵驱动的用于容纳压裂液的中间容器。

根据本发明优选的，所述支撑剂储罐为长方体结构，所述支撑剂储罐内部标有体积刻度，作用是存放支撑剂颗粒，也用于计量实验过程中压裂液携带走的支撑剂体积；其带有体积刻度一面及相对面为耐压钢化玻璃，其余面为不锈钢。此处设计的优点使支撑剂储罐承受较高压力。

根据本发明优选的，所述支撑剂储罐的内腔的高度为20cm～40cm，体积为20mL～160mL。此处设计的优势在于采用少量的支撑剂颗粒既可以完成实验，同时该设计可以保证储罐内的支撑剂上端面在压裂液冲击下均匀下降低，便于支撑剂体积的计量。