[发明专利]用于油气藏地质改造的压裂液性能实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及对油气开发地质改造过程中常用的水基压裂液、水基泡沫压裂液、干法压裂液、干法泡沫压裂液等多种压裂液的流变特性、换热性能及携砂性能的实验装备。

背景技术

水力压裂是近代油气井增产应用最为广发的一种技术，是在地面采用高压大排量的泵，利用液体传压的原理，将具有一定粘度的液体，以大于油层的吸收能力的压力向油层注入，并使井筒内压力逐渐升高，从而在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石的抗张强度时，便在井底附近地层产生裂缝：继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和高导流能力的填砂裂缝，使油气井达到增产增注的目的。这种技术已在国内外低渗油气田的开发中起到了关键性作用，使原来没有工业价值的油气田成为了具有一定产能的油气田，其意义已远远超过了一口井的增产增注作用。一般来说，油气井在压裂之后，单井日产量要比压裂前高3～5倍。同时油气井产量一旦递减到压裂之前还可以进行重复压裂。在页岩气开发中，由于页岩比较致密，页岩气藏属于超低渗气藏，必须采用先进的压裂技术才能增产。因此，压裂技术在挖掘油气井生产潜力，保持油气田稳产和增产方面起到了十分重要的作用。

压裂液是压裂改造过程中应用到的具有一定黏度的液体，施工中压裂液作为一种载体输送支撑剂进入管道，穿过炮眼，深入裂缝，防止压后裂缝通道的闭合，扩展裂缝宽度以及产生并支撑长裂缝，形成高导流能力通道，同时，在地层中压裂液会从高粘度回复到低粘度最终在开井后实现返排。另外地层压裂过程中压裂液的配伍性的好坏，会对整个压裂施工成功与否起到关键性的作用。

虽然经过半个多世纪的发展，压裂液已由单一的纯植物胶体系发展到现在的包括泡沫压裂液、干法压裂液、清洁压裂液等多体系的现状，但对于其性能的检测仍然存在若干需要解决的问题，表现在：

1)目前还没有模拟施工条件下的压裂液流变特性、换热特性以及模拟施工工程的压裂液的携砂性能的综合型实验系统。

2)压裂液体系的发展日新月异，陆续开发出来包括清洁压裂液、干法压裂液、干法泡沫压裂液等多种特定地质条件下的压裂液体系，目前还没有适用于对现有所有体系压裂液进行性能检测的一套实验系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种可实现模拟工程施工工况条件下的压裂液的流变特性、摩阻特性，以及模拟施工过程中携砂压裂液的支撑剂运移沉降特性的压裂液性能实验系统。

为了达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的。

一种用于油气藏地质改造的压裂液性能实验系统，其特征在于，包括支撑剂供料单元、CO₂泵注单元、常规压裂液基液泵注单元、N₂泵注单元和起泡剂泵注单元，所述CO₂泵注单元连接一个管汇三通的进口；所述常规压裂液基液泵注单元和起泡剂泵注单元均连接该管汇三通的另一个进口；所述N₂泵注单元连接一个双向阀，该双向阀跨接在所述管汇三通的两个进口上；所述管汇三通的出口连接压裂液发泡及加热单元；所述支撑剂供料单元与携砂性能测试单元相连；所述压裂液发泡及加热单元的出口被一个三通分为两路，一路连通流变测试单元的多管径水平流变测试段进口；另一路连通携砂性能测试单元；所述多管径水平流变测试段的出口与换热测试单元中的垂直换热测试套管的管侧进口相连。

上述方案中，所述的CO₂泵注单元包括多个CO₂气瓶，通过汇集管依次与截止阀、减压阀以及流量计串联后再与盐水池中的液化盘管连接，液化盘管出口通过增压泵与管汇三通的一个进口相连，盐水池中的冷却盐水由制冷机降温。

所述压裂液发泡及加热单元包括连接管汇三通出口的泡沫发生器，泡沫发生器出口通过一段流体加热管路被所述三通分为两路，该段流体加热管路上设有电极，该电极通过调压器连接电流变压器，电极在电流作用下发热实现对流经该段流体加热管路中的压裂液进行电加热。

所述换热测试单元的垂直换热测试套管，其壳侧通过冷却循环泵、缓冲容器与CO₂泵注单元盐水池中的冷却盐水形成循环回路，冷却垂直换热测试套管管侧出口通过背压阀连接气液分离器。

所述支撑剂供料单元包括砂罐，砂罐底端出口与螺旋输送机相连，螺旋输送机出口与携砂性能测试单元中的水平可视观测管路的进口相连，其中，砂罐为立式圆筒形罐体，砂罐底部采用锥形结构，顶部为法兰密封盖，顶部接有平衡N₂接口。罐体顶部加砂口处装有不同孔隙的筛网。