一种携砂压裂液动态破胶携砂可视化装置的制作方法

本实用新型涉及一种油气田压裂技术领域模拟实验装置，特别是一种携砂压裂液动态破胶携砂可视化装置。

背景技术：

压裂是非常规油气藏增产的一项重要技术。国内外学者对支撑剂在压裂缝中的输送和沉降规律的研究主要集中在理论推导方面，现场施工常凭经验或者软件模拟，实验方面的研究很少，动态模拟地层水力压裂形成缝网及支撑剂沉降规律的装置国内外都还没出现。而现有的实验研究也都过于理想化忽略了混砂液粘度随地层深度增加粘度降低的现实情况，都是直接在混砂罐中配制储层条件下的粘度的混砂液或者直接模拟地面条件下的混砂液，再研究支撑剂的铺置规律。这与现场实际施工动态不相符，实际中是地面条件下配制一定粘度的混砂液，混砂液在进入地层的过程中随深度增加温度也增加，从而粘度降低，进入储层时达到另一个粘度值，然后混砂液进入已由前置液压开的裂缝，裂缝在继续打开的同时支撑剂也在铺置。所以在实际施工中，混砂液是在有围压的情况下挤入地层，裂缝宽度是变化的，并且混砂液在地层中粘度是变化的。压裂施工中加入破胶剂的压裂液在高温动态携砂状态是非常重要的，压裂液提前破胶脱砂会给施工带来很大风险。目前，国内外还没有一个装置可实现直观表现压裂液高温动态破胶携砂过程。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可直观观察压裂液高温动态破胶携砂过程的可视化装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种携砂压裂液动态破胶携砂可视化装置，包括：混料罐、循环泵、水平观察管和计算机数据采集系统。

其中，所述混合罐顶部设置支撑剂添加装置和交联剂储罐，且在交联剂储罐与混合罐之间的连接管上设有针阀，混料罐内设有搅拌器。所述混料罐底部连接输液管，输液管上设有第一旋塞阀，输液管另一端通过三通接头分别连接第一支管和第二支管，第一支管上设有第二旋塞阀，且第一支管另一端通过另一个三通接头分别连接第三支管和第四支管，第三支管末端为取样口，且在第三支管上设有第三旋塞阀。第二支管连接所述循环泵，循环泵连接水平观察管，所述水平观察管是由内管和外管组成的双层结构套管，内、外管之间的环状空隙内设有加热电阻，并填充加热用液体介质。所述加热用液体介质选用蒸馏水或苯甲基硅油，可根据模拟井温不同选择加热介质。内管内部空间为压裂液流道，内管一端连接循环泵，另一端通过一个三通接头连接第五支管和第六支管，第五支管末端为取样口，且在第五支管上设有第四旋塞阀。第六支管与第四支管连通形成闭合的循环管路。所述水平观察管两端设有差压变送器，观察管上部设有流量变送器、温度传感器、温度控制器、补液装置和泄压球阀。蒸馏水或苯甲基硅油通过补液装置加入内外管之间的环空内。所述计算机数据采集系统分别与流量变送器、温度传感器、温度控制器和压差变送器连接，可实时采集水平观察管的温度、流量、压差等数据，并能通过所述温度控制器控制水浴或油浴的加热温度。除了水平观察管外，其他所有输液管及支管的表面均包裹有保温层，保证液体温度不会骤降。压裂液基液、破胶剂、支撑剂、交联剂分别加入至混料罐中进行交联后，通过循环泵泵入水平观察管内进行加热循环，由两端取样口取样测定粘度，最后在由取样口排出。

优选的是，所述支撑剂添加装置为钢制漏斗。

优选的是，所述水平观察管的内管和外管均耐高温耐压有机玻璃材料制成，内管的外径 88.9mm、壁厚7.5mm、长度1540mm，外管的外径160mm、壁厚7.5mm、长度1500mm。

优选的是，所述循环泵为气动隔膜泵，通过压缩气体为泵提供动力。

优选的是，所述观察管两端接口以及循环管路的各个接口均为可拆卸的活动接口，方便维修及清洗。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

该可视化装置可以模拟压裂液动态破胶过程，可以直观变现压裂液动态破胶状态及支撑剂在动态破胶过程中的悬浮状态，也可以随时取样监测破胶液粘度，同时还可以采集实验过程中管路的压差、流量、温度信息，根据不同破胶剂加量的实验，可以得出现场施工中最优破胶剂加量。开启加热装置，使水浴或油浴达到设计温度。压裂液基液、破胶剂(根据静态破胶确定量)加入混料罐搅拌，随后加入陶粒、交联剂，在混料罐交联，随后携砂压裂液通过循环泵在管路循环，在水平观察管路加热破胶，观察砂降、压差、温度、流量情况，记录压裂液不能携砂所经历的时间。根据现场施工携砂液到达目的层所用时间与记录时间对比，若记录时间小于施工时间，则降低破胶剂用量继续进行实验，直至记录时间略大于或等于施工时间为止，此时的破胶剂加量即为施工前期破胶剂的最高加量。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1、本实用新型携砂压裂液动态破胶携砂可视化装置的结构示意图。

图中标号：

1-混料罐、2-支撑剂添加装置、3-针阀、4-循环泵、5-交联剂储罐、6-流量变送器、7-温度传感器、8-压差变送器、9-补液装置、10-加热电阻、11-水平观察管、12-计算机数据采集系统、13-保温层、14-取样口、15-第一旋塞阀、16-搅拌器、17-泄压球阀、18-温度控制器、19- 三通接头、20-第二旋塞阀、21-第三旋塞阀、22-第四旋塞阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本实用新型提供了一种携砂压裂液动态破胶携砂可视化装置，包括：混料罐1、循环泵4、水平观察管11和计算机数据采集系统12。

其中，所述混合罐4顶部设置支撑剂添加装置2和交联剂储罐5，且在交联剂储罐与混合罐之间的连接管上设有针阀3，混料罐内设有搅拌器16。支撑剂添加装置2优选为钢制漏斗。所述混料罐底部连接输液管，输液管上设有第一旋塞阀15，输液管另一端通过三通接头 19分别连接第一支管和第二支管，第一支管上设有第二旋塞阀20，且第一支管另一端通过另一个三通接头19分别连接第三支管和第四支管，第三支管末端为取样口14，且在第三支管上设有第三旋塞阀21。

所述第二支管连接所述循环泵4，循环泵连接水平观察管11。所述循环泵4为气动隔膜泵，通过压缩气体为泵提供动力。所述水平观察管11是由内管和外管组成的双层结构套管，内、外管之间的环状空隙内设有加热电阻10，并填充加热用液体介质。所述加热用液体介质选用蒸馏水或苯甲基硅油，可根据模拟井温不同选择加热介质。内管内部空间为压裂液流道，内管一端连接循环泵，另一端通过一个三通接头19连接第五支管和第六支管，第五支管末端为取样口14，且在第五支管上设有第四旋塞阀22。第六支管与第四支管连通形成闭合的循环管路。

所述水平观察管11两端设有差压变送器8，观察管上部设有流量变送器6、温度传感器 7、温度控制器18、补液装置9和泄压球阀17。蒸馏水或苯甲基硅油通过补液装置加入内外管之间的环空内。所述计算机数据采集系统12分别与流量变送器6、温度传感器7、温度控制器18和压差变送器8连接，可实时采集水平观察管的温度、流量、压差等数据，并能通过所述温度控制器18控制水浴或油浴的加热温度。除了水平观察管11外，其他所有输液管及支管的表面均包裹有保温层13，保证液体温度不会骤降。压裂液基液、破胶剂、支撑剂、交联剂分别加入至混料罐中进行交联后，通过循环泵4泵入水平观察管11内进行加热循环，由两端取样口14取样测定粘度，最后在由取样口排出。

优选的是，所述水平观察管11的内管和外管均耐高温耐压有机玻璃材料制成，内管的外径88.9mm、壁厚7.5mm、长度1540mm，外管的外径160mm、壁厚7.5mm、长度1500mm。所述水平观察管两端接口以及循环管路的各个接口均为可拆卸的活动接口，方便维修及清洗。

上述可视化装置的使用方法步骤如下：(1)首先根据设计温度选择油浴或水浴，随后将蒸馏水或苯甲基硅油通过补液装置9加入水平观察管11的环空中，开启加热装置，将水浴或油浴温度达到设计温度；(2)压裂液基液、破胶剂(根据静态破胶实验结果确定)加入到带有搅拌的混料罐中，开启搅拌，据确定的砂比，计算并称量好的支撑剂通过支撑剂添加装置 2加入混料罐中，根据确定的交联比计算交联剂加量，并通过开启针阀加入至混料罐中；(3) 开启第一旋塞阀15和第三旋塞阀21，关闭第二旋塞阀20和第四旋塞阀22，启动循环泵4，低排量泵送携砂液，待整个管路充满携砂液后，关闭第一旋塞阀15和第三旋塞阀21，开启第二旋塞阀20，增大排量至设计排量左右，开始计时，观察砂降、压差、温度、流量情况，在取样口取样，测试压裂液粘度；记录压裂液不能携砂所经历的时间；根据现场施工携砂液到达目的层所用时间与记录时间对比，若记录时间小于施工时间，则降低破胶剂用量继续进行实验，直至记录时间略大于或等于施工时间为止，此时的破胶剂加量即为施工前期破胶剂的最高加量；(4)关闭加热装置，开启第三旋塞阀21和第四旋塞阀22，关闭第二旋塞阀20，将液体排出；(5)将清水加入混料罐中，开启第一旋塞阀15，继续冲洗，待管路清洗干净后关闭泵，若冲洗不净，可拆卸管路再次进行清洗。

因此，本实用新型提供的可视化实验装置可模拟现场情况，直观表现压裂液动态破胶状态及支撑剂在动态破胶过程中的悬浮状态，也可以随时取样监测破胶液粘度，同时还可以采集实验过程中管路的压差、流量、温度信息。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。