一种油气井用泡沫压裂液砂比浓缩器及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种油气井用泡沫压裂液砂比浓缩器及其应用，属于油气田压裂改造 的技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着石油天然气能源的需求量与日俱争，越来越多的非常规低渗透油气藏被开发 利用，对于这些非常规油气藏的开发最有效的方式就是进行压裂改造，提高油气产能。泡沫 压裂工艺相对于常规压裂工艺具有携砂量大、滤失量低、压裂效能高、返排量高、地层伤害 小等优势，是开发非常规低渗透油气藏的一种有效方式。
[0003] 目前，大部分的泡沫压裂施工过程中，采用携砂发泡液与高压气体地面混合发泡 的技术工艺，然而携砂发泡液与高压气体混合后，砂比会出现下降，所述砂比为：支撑剂堆 体积与不含支撑剂时压裂液体积的比值。
[0004] 例如：一个压裂液施工段塞中，携砂发泡液的砂比为60%。当该携砂发泡液与相 同体积的高压气体混合发泡后，即可得到泡沫质量为50 %的泡沫压裂液，但此时的泡沫压 裂液中的砂比只有30%左右；进一步的当上述携砂发泡液与三倍体积的高压气体混合后， 可得到泡沫质量约为75%的泡沫压裂液，然而此时的泡沫压裂液中砂比仅为15%左右。显 然，泡沫质量较高时，砂比在携砂发泡液中的下降幅度更加明显，这种现象会导致施工中难 以产生高砂比的泡沫压裂液。因此，为了提高泡沫压裂液的砂比，充分发挥泡沫压裂液携砂 优势，研发一种油气井用泡沫压裂液砂比浓缩器是十分必要的。
【发明内容】
[0005] 针对现有泡沫压裂工艺的不足，本发明提供一种油气井用泡沫压裂液砂比浓缩 器。
[0006] 本发明还提供一种上述油气井用泡沫压裂液砂比浓缩器的应用方法，该方法可以 升高携砂发泡液的砂比，进而提高泡沫压裂液的砂比，本发明具有耐压、耐磨、耐腐蚀等特 点，同时本发明操作简单，安全性强，效能高。
[0007] 本发明技术方案在于：
[0008] 一种油气井用泡沫压裂液砂比浓缩器，包括外管、在所述外管的轴向设置的旋转 内管，所述外管和旋转内管之间形成环形内腔，在所述环形内腔内设置有密封隔断，将所述 环形内腔分为第一环形内腔和第二环形内腔；在所述第一环形内腔所对应的外管上分别设 置有携砂发泡液注入管和浓缩液排出管；在所述第一环形内腔所对应的旋转内管上贯通设 置有进液缝；在所述第二环形内腔所对应的外管上分别设置有液相排出管、流量控制阀； 在所述第二环形内腔所对应的旋转内管上贯通设置有出液缝。本发明利用第一环形内腔供 携砂液流动，第二环形内腔供液相流动，通过旋转内管的转动带动环空内携砂液的旋转，转 动引起的离心力使携砂液中支撑剂颗粒远离旋转内管，进而在靠近外管处形成高砂比携砂 液，在靠近旋转内管处形成低砂比携砂液。本发明中在所述第一环形内腔所对应的旋转内 管上贯通设置有进液缝，其作用是吸引携砂液中的液相流入旋转内管内，降低携砂液中液 相的占比；在所述第二环形内腔所对应的旋转内管上贯通设置有出液缝，其作用是排出旋 转内管中的液相；所述液相排出管外设有流量控制阀，作用是调控液相的排量。
[0009] 根据本发明优选的，在所述的外管的两端设置有供旋转内管轴向旋转的电机和轴 承，所述旋转内管的一端通过法兰一和转轴一与所述电机相连，所述旋转内管的另一端通 过法兰二和转轴二与所述轴承相连。
[0010] 根据本发明优选的，在远离密封隔断的外管一侧设置有所述的携砂发泡液注入 管，在靠近密封隔断的外管另一侧设置有浓缩液排出管。
[0011] 根据本发明优选的，所述电机由变频器控制转速分为高、中、低三个档位，其中高 档位对应电机转速2000~3000r/min，中档位对应电机转速1000~2000r/min，低档位对 应电机转速500~1000r/min。
[0012] 根据本发明优选的，当电机由变频器控制转速为高档位时，所述携砂发泡液注入 管的注入量：〇~3m 3/min ;当电机由变频器控制转速为中档位时，所述携砂发泡液注入管 的注入量：3~7m3/min ;当电机由变频器控制转速为高档位时，所述携砂发泡液注入管的 注入量：7~12m3/min。
[0013] 根据本发明优选的，所述进液缝的宽度为0. 1~0. 15mm。此处设计的作用是进液 缝可以阻挡粒径大于〇. 16mm的支撑剂进入旋转内管中。
[0014] 根据本发明优选的，所述出液缝的宽度为1~5_。此处设计的作用是出液缝可以 迅速的将旋转内管中的液相排出。
[0015] 根据本发明优选的，在所述旋转内管的表面设置的进液缝的面积和为Smm与所 述旋转内管横截面积外管横截面积的关系如下：
[0016] S总截面=(I. 0 ~2. 0) X (S外管 _§旋转内管)。
[0017] 此处设计的优点在于，采用一定占比的进液缝，使所述油气井用压裂液浓缩器在 压裂时能迅速将流入内部的携砂液中的多余液相排出。
[0018] 一种上述油气井用泡沫压裂液砂比浓缩器的应用方法，包括如下步骤：
[0019] (1)连接设备：将所述携砂发泡液注入管与压裂泵车连接，将所述浓缩液排出管 与外置的泡沫发生装置或高压三通相连，将所述液相排出管与施工现场的水罐相连；
[0020] (2)试压：向所述浓缩器中通入高压清水，保持最高施工压力30-40min，进行憋 压，不刺不漏即为合格；此处所述的最高施工压力是根据具体施工现场而确定的数值；
[0021] (3)形成浓缩携砂发泡液：启动电机，根据施工设计的初始携砂发泡液排量对应 值调节变频器档位，向所述浓缩器内通入携砂发泡液，根据施工设计参数调节变频器档位 以及流量控制阀排量。
[0022] 本发明的有益效果：
[0023] 本发明针对现有泡沫压裂工艺的不足，利用第一环形内腔供携砂液流动，第二环 形内腔供液相流动，通过旋转内管的转动带动环空内携砂液的旋转，转动引起的离心力使 携砂液中支撑剂颗粒远离旋转内管，进而在靠近外管处形成高砂比携砂液，在靠近旋转内 管处形成低砂比携砂液。本发明中在所述第一环形内腔所对应的旋转内管上贯通设置有进 液缝，其作用是吸引携砂液中的液相流入旋转内管内，降低携砂液中液相的占比；在所述第 二环形内腔所对应的旋转内管上贯通设置有出液缝，其作用是排出旋转内管中的液相；所 述液相排出管外设有流量控制阀，作用是调控液相的排量。本发明可以控制升高携砂发泡 液的砂比，进而提高泡沫压裂液的砂比。
[0024] 本发明具有耐压、耐磨、耐腐蚀等特点，适合油气井压裂施工使用。本发明操作简 单，安全性强，效能高。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明所述油气井用泡沫压裂液砂比浓缩器的整体结构示意图；
[0026] 在图1中，1、电机；2、变频器；3、转轴一 ；4、法兰一 ；5、密封一 ；6、携砂发泡液注入 管；7、旋转内管；8、外管；9、进液缝；10、浓缩液排出管；11、密封隔断；12、出液缝；13、流量 控制阀；14、液相排出管；15、密封三；16、法兰二；17、转轴二；18、轴承；19、第一环形内腔； 20、第二环形内腔。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0028] 如图1所示。
[0029] 实施例1、
[0030] 一种油气井用泡沫压裂液砂比浓缩器，包括外管8、在所述外管8的轴向设置的旋 转内管7,所述外管8和旋转内管7之间形成环形内腔，在所述环形内腔内设置有密封隔断 11