一种滑溜水压裂液摩阻测试装置及其测试方法与流程

本发明涉及仪器仪表技术领域，特别涉及一种滑溜水压裂液摩阻测试装置及其测试方法。

背景技术：

水力压裂是一项有广泛应用前景的油气井增产措施。水力压裂就是利用地面的高压泵，通过井筒向油层挤注压裂液，当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在井底油层上形成很高的压力。当这种压力超过井底附近油层岩石破裂压力时，油层将被压开并产生裂缝。随着页岩气储层的大量开采，滑溜水压裂液具有配置简单、损害低、容易进入地层沟通天然裂缝，形成复杂的网络裂缝体系，所以滑溜水压裂液大量应用于页岩气储层开采。

滑溜水压裂液粘度一般在10mpa.s以下，携沙能力比一般的瓜胶类压裂液差，所以现场一般需要大排量注入，这样管路摩阻就会很大，所以通常滑溜水压裂液会加入一定比例的减阻剂，以减轻地面泵注压力，减少成本，提高经济效益。然而，现有技术的压裂液摩阻测试装置仪器装置功能单一，测试管道流速与实际现场压裂流速差距较大，不能真实反映压裂的摩阻情况。

传统的压裂液摩阻测试装置主要有两大类。主要问题和缺点:

1、小型的压裂液摩阻测试装置。中国专利公开号：CN105628557，提供了一种压裂液摩阻测试装置及测试方法；能同时进行多个管路测试，便于比较；能进行不同流量、流速下的比较；但是每个测试管路都需要所需仪器(变送器、流量计等)，流量依靠溢流阀调节，调节效果不精确；基本没有给出所需设备的类型，参数；没有压力解决脉动，流量稳定；不能解决温度对测试结果的影响。公开号：CN 204177704，提供了一种高温高压减阻剂评价装置，测量高温下减阻剂的效果，使用变频器调节泵的流量，有配液装置，但是所用齿轮泵没有使用压力缓冲装置，流量5L/min偏小，与真实压裂环境相差较大。公开号：CN203178161U,提供了一种压裂液管路摩阻测定装置,能测出压裂液在不同温度、管径、排量下的摩阻，但三根不同管径组成的回路所占空间较大，所使用动力泵为的螺杆泵，额定压力一般低于2.4Mpa。公开号:CN104914014,提供了一种清水压裂液磨阻测试系统及测试方法,能调节压力、流速、温度等参数测出在不同流道内的摩阻，但所使用的动力泵为蠕动泵，流量小、且压力一般低于0.6Mpa，与实际压裂情况相差较大。公开号：CN102661910A，提供了一种测量流体在压裂裂缝内摩阻的实验装置及其工作方法，主要测量在压裂裂缝内的摩阻，给出了裂缝的参数，可以和单一管路进行对比，但其测试粘度为50mpa.s以下，与滑溜水压裂液的粘度10mpa.s以下相差较大，且没有流量的调节装置，不能测量流量对摩阻的影响。

2、大型的压裂液摩阻测试装置。中国专利公开号：CN104007043，提供了一种大型多功能压裂液实验系统，该系统所用设备较多，维护较为困难，且所用的药液泵为螺杆泵，很难实现高压，与实际压裂情况相差较大；公开号：CN104034630，提供了一种用于油气藏地质改造的压裂液的压裂液性能试验系统；虽然这两种测试装置能测试出多种压裂液的性能，但没有流量脉冲减缓装置，测试管道流速不稳定，导致测量精度不高；公开号：CN20417652U，提供了一种压裂液性能测试装置，虽然这种装置具有剪切模块，可以测试剪切完成后后的压裂液性能，但是所选的动力泵为螺杆泵，很难实现高压，与实际压裂情况相差较大。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种滑溜水压裂液摩阻测试装置及其测试方法，以解决滑溜水压裂液摩阻理论缺乏可靠的室内数据的技术问题，具有结构简单，方便实用的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种滑溜水压裂液摩阻测试装置，包括内含加热系统的药液槽1，药液槽1内有温度变送器2，药液槽1通过管路依次与药液泵3、电接点压力表4、脉冲阻尼器5、减压阀6、压力变送器7、第一阀8相连，然后与测试管路系统10相连；

所述的测试管路系统10的流入和流出端安装有压差变送器9；

测试管路系统10出口端连接有第二阀11入口端，第二阀11的出口端与流量计12的进口端相连，而后通过连接管路连回药液槽1；

所述的药液泵3为变频调节系统；

所述的药液槽1内部设置有压裂液的泵注配液单元。

所述的药业泵3为带有变频调节系统的柱塞泵，通过变频器13进行调节电机转速，变频器13通过可编程控制器14控制，可以无极调节泵的流量。

所述的脉冲阻尼器5为气囊式脉冲阻尼器。

所述的流量计12选用涡轮流量计。

所述的温度变送器2、压力变送器7、压差变送器9、流量计12均连接于可编程控制器14进行数据采集，而后把采集到的数据传送到计算机15。

所述的测试管路系统10并联有三路，一路为阀门一19所连接的细短管支路20，一路为阀门二21所连接的粗短管支路22，一路为阀门三17所连接的长管支路18。

所述的细短管支路20管长为2m，内径为4mm，粗短管支路22管长为2m，内径为6mm，长管支路18管长为10m，内径为4mm。

所述的长管支路18为盘型状，并处于水平状态。

所述的压裂液的泵注配液单元包括与药液槽1底的出管口连接的搅拌泵23，搅拌泵23分别与阀一25、阀二26和阀三27相连，阀一25与药液槽1形成回路；所述的阀三27还连接在药业泵3上。

所述的阀二26为放空阀。

一种滑溜水压裂液摩阻测试方法，包括以下步骤：

步骤1：将测试压裂液注入药液槽1，根据选择测试的管路来调节测试管路前所对应的阀门，将所需的测试管路所对应的前阀门打开，其他管路的测试阀门则关闭。

步骤2：打开各元件开关并启动泵，待各数据稳定之后，记录相应数据，通过调节变频器13，减压阀6、第二阀11、温度控制程序等来改变所对应的参数；

步骤3：多次重复步骤2，获取不同状态环境下的数据；

步骤4：选取不同的测试管路，重复步骤1至步骤3，采集并保存相关数据；

步骤5：断开电源，关闭装置并彻底排液清洗，配置不同比例减阻剂的滑溜水压裂液进行测试，重复步骤1至步骤4。

有益效果：

(1)本发明所用药业泵3带有变频调节系统，可以无极调节泵的流量，方便测试不同流量下的摩阻特性；

(2)通过温度变送器2测得温度信息，用可编程控制器14控制药业泵1所带的加热系统，智能调节压裂液的温度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的数据采集与控制原理图。

图3为测试管路系统的结构图。

图4为压裂液的泵注配液单元的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，实验前先检查设备，然后向药液槽1注入一定未加入减阻剂的滑溜水压裂液并选取相关的支路进行摩阻压降测试，再进行提前配置好不同配比的减阻剂滑溜水压裂液进行摩阻压降测试。

测试循环管路主要包括药液槽1，温度变送器2,、药液泵3、电接点压力表4、脉冲阻尼器5、减压阀6、压力变送器7、第一阀8、压差变送器9、测试管路系统10、第二阀11、流量计12以及连接各个元件的管路等。

本发明所采用的气囊式脉冲阻尼器，可以减少因齿轮泵工作所产生的压力脉冲，控制管路中流量的稳定；

本发明中所用的流量计12为涡轮流量计，可以测得较高压力下高流速的流量，并且处于测试管路系统的末端，待流量平稳后，再进行测试；

如图2所示，测试与控制系统主要包括药液泵3的电机、变频器13、温度变送器2、压裂变送器7、压差变送器9、流量计12、可编程控制器14、计算机15等。

其中，测试仪的温度主要由药液泵3所带的加热装置与温度变送器2控制；测试管路系统压力主要由药液泵3和减压阀6控制，并且具体压力可以通过压力变送器7获取；测试管路的流量主要有药业泵1与变频器13共同控制，具体流量可以通过流量计12获取；滑溜水压裂液在不同管路的摩阻压降可以通过压差变送器9获取。通过可编程控制器14的采集模块用于采集压力、温度、流量、压差和控制泵的排量，采集的数据经可编程控制器14采集后传送到计算机15经过处理分析后生成原始的数据报表以及曲线图，同时把所采集的数据放到数据库文件中以便日后使用，并且计算机配备相应的打印机16。

本发明中温度变送器2、变频器13、流量计12、压力变送器7、压差变送器9均连接与可编程控制器14，用于采集压力、温度、流量、压差和控制泵的排量，采集的数据经可编程控制器14采集后传送到计算机15经过处理分析后生成原始的数据报表以及曲线图，同时把所采集的数据放到数据库文件中以便日后使用，并且计算机配备相应的打印机16。

如图3所示，测试管路系统10位于第一阀8和第二阀11之间，由三个支路组成，其第一支路由阀们17和长管支路18组成，管长为10m，内径为4mm，为了节省实验室空间，把长管置于盘型，第二支路由阀门19和细短管支路20组成，其中管长为2m，内径为4mm，第三支路由阀们21和粗短管支路组成，其中管长为2m，内径为6mm。在第一阀8的出口端和第二阀11的进口端之间连接有压差变送器9的支路。其中测试管路均为紫铜管，测试管路10应水平放置。通过选取不同的测试管路提供实验的对比。

本发明所采取的管路系统通过控制相关支路阀的开关，可以选取细短管支路20、粗短管支路22、长管支路18测试管长、管径对压裂液摩阻的影响，并且长管支路18设计成盘状，可以节省实验室的空间；

如图4所示，压裂液的泵注配液单元是为了实验前将要药液槽1内的压裂液混合均匀，包括药液槽1、搅拌泵23、阀一25等组成，药液槽1底的出管口与搅拌泵23连接，开启搅拌泵23，阀一25,关闭阀二26、阀三27,使压裂液通过搅拌泵23形成循环回路，实现压裂液的混合及搅拌剪切处理。阀二26为药液槽1的放空阀，药液槽1加热装置24和温度变送器2共同控制压裂液的温度。

综上所述：本发明针对上述情况，提出了一种滑溜水压裂液摩阻测试装置及其测试方法，可以在实验室条件下测试出不同配比减阻剂的滑溜水压裂液在不同温度、不同管径、不同流速下的摩阻，压力可以达到30Mpa以上，流速可以达到50m/s以上，充分模拟真实压裂条件下的环境，指导实验室的研究和应用现场作业。

所述的滑溜水压裂液摩阻测试方法，应用于第一方面任一所述的滑溜水压裂液摩阻测试仪中，所述的滑溜水压裂液摩阻测试方法包括以下步骤。

步骤1:将测试压裂液注入药液槽1，打开搅拌泵23、阀一25将药液混合均匀，根据选择测试的管路来调节测试管路前所对应的阀门，将所需的测试管路所对应的阀门打开，其他管路的测试阀门则关闭；

步骤2:启动泵，打开各元件开关，待各数据稳定之后，记录相应数据，通过调节变频器13，减压阀6、第二阀11、温度程序等来改变所对应的参数；

步骤3：多次重复步骤2，获取各个状态的所有数据；

步骤4：选取不同的测试管路，重复步骤1至步骤3，采集并获取相关数据；

步骤5：断开电源，关闭装置并彻底排液清洗，配置不同比例减阻剂的滑溜水压裂液进行测试，重复步骤1至步骤4。根据实验流体在测试管道中的压力差ΔP按照以下公式计算出实验流体在测试管道中的减阻率其中，DR为减阻率，即摩阻，ΔP₀为未加入减阻剂时管段的摩阻压降，ΔP_DR为注入减阻剂后相同输量下管段的摩阻压降。

本发明的工作原理如下：

将测试压裂液注入药液槽1，根据选择测试的管路来调节测试管路前所对应的阀门，将所需的测试管路所对应的前阀门打开，其他管路的测试阀门则关闭；开各元件开关并启动泵，待各数据稳定之后，记录相应数据；通过变频器13，减压阀6、第二阀11、温度控制程序等来改变所对应的参数,获取不同状态环境下的数据；选取不同的测试管路，采集并保存相关数据；断开电源，关闭装置并彻底排液清洗，配置不同比例减阻剂的滑溜水压裂液进行测试。

上述仅为本发明的具体实施方式，而不是全部实例，在不冲突的前提下，本发明中的实施例或特征下所获得的其他实施例。都属于本发明的保护范围。