[发明专利]评价压裂液动态悬砂能力的气泡轨迹线法及装置

说明书

本发明涉及一种评价压裂液动态悬砂能力的气泡轨迹线法及装置，包括气泡发生部分、气泡轨迹测试部分、气液分离部分；气泡发生部分包括气源和气泡发生器；气泡轨迹测试部分包括可视化裂缝模拟测试段、流量计、温度传感器、压力传感器、坐标网格线，所述坐标网格线位于可视化裂缝模拟测试段的一侧；气液分离部分包括气液分离器；气液分离器中的压裂液通过泵驱动后在可视化裂缝模拟测试段中流动，气泡发生器从可视化裂缝模拟测试段的底部释放气泡串，形成已知压力、温度和流量条件下的气泡轨迹线。本发明避免了添加砂粒和清理砂粒等复杂操作，该方法直观、简单、高效。

技术领域

本发明涉及一种评价压裂液动态悬砂能力的气泡轨迹线法及装置。

背景技术

水力压裂是油气井增产的重要技术。压裂液所携带的砂粒或者陶粒又称为支撑剂，水力压裂在地层中形成的裂缝依靠支撑剂的支撑才能得以保持，从而使油气从裂缝中更易渗出，实现增产目标。悬砂能力强的压裂液有利于支撑剂在裂缝中的合理分布，评价压裂液的悬砂能力对优化水力压裂工艺有重要意义。

压裂液具有剪切稀化的非牛顿流体特征，其动态悬砂能力与静态悬砂能力会有明显的差别，鉴于此，评价压裂液的动态悬砂能力十分必要。对于压裂液静态悬砂能力的评价，已有许多成熟的方法与装置。对于压裂液的动态悬砂能力，国内外也有不少文献对其进行了研究，一些专利技术已用于压裂液动态悬砂能力的评价，这些文献和专利都是直接以砂粒在压裂液中的运动为评价对象，可分为多颗粒动态悬砂评价和单颗粒动态悬砂评价两大类。

多颗粒动态悬砂评价的直接对象是流动压裂液中的砂粒群，该类方法若用于裂缝通道，其缺点是沉降在裂缝、阀门、弯头等部件处的砂粒难以清洗，进行重复测试时操作复杂。

单颗粒动态悬砂评价的直接对象是流动压裂液中的单个砂粒，通常应用高速摄影技术拍摄单个砂粒在裂缝中运动的录像，再由录像转换成砂粒的沉降轨迹，而后进一步确定压裂液的动态悬砂能力。这类方法由录像转换成砂粒沉降轨迹的过程费时费力，而且沉降在裂缝中的砂粒也需要清理，其操作过程也比较复杂。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种评价压裂液动态悬砂能力的气泡轨迹线法及装置，利用流体中气泡浮升与砂粒沉降的动力学相似，在流动压裂液中由气泡浮升轨迹线模拟砂粒沉降轨迹线，由此评价压裂液的动态悬砂能力，气泡易于产生，压裂液中的气泡也能自动分离并逸出，避免了添加砂粒和清理砂粒等复杂操作。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种评价压裂液动态悬砂能力的气泡轨迹线法，其特征在于：包括以下步骤：

1)估算砂粒的直径d_s，由公式计算砂粒的葛拉晓夫数Gr_s，由公式计算气泡的葛拉晓夫数Gr_b，其中，ρ_f为压裂液的密度，ρ_s为砂粒的密度，ρ_b为气泡中气体的密度，d_b为气泡直径，g为重力加速度，μ_f为压裂液的黏度；

2)令气泡的葛拉晓夫数与砂粒的葛拉晓夫数相等，即Gr_b＝Gr_s，得到相同葛拉晓夫数下的气泡直径，即d_b＝d_s((ρ_s-ρ_f)/(ρ_f-ρ_b))^1/3，在相同葛拉晓夫数条件下，用直径为d_b的气泡浮升轨迹线模拟直径为d_s的砂粒沉降轨迹线；