本发明涉及一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置及方法，属于模拟油气田压裂改造、评价压裂液携砂性能装置的技术领域。
背景技术：
随着油气藏的大规模开发，压裂技术成为油气藏增产开发的重要技术手段，压裂过程中主要是利用压裂液将支撑剂携带到裂缝中，在压裂裂缝闭合后能够在储层内行成高导流能力的支撑剂裂缝通道。模拟实际压裂过程，测量携砂液的滤失性能和携砂性能，可以在实际压裂过程选择合适的压裂液，保障压裂效果。实际压裂过程中，在裂缝内，沿压裂液流动方向，压裂液会通过裂缝壁面进入地层岩石基质，而地层岩石基质的渗透率不同会影响压裂液的滤失过程，即压裂液的滤失是一个动态变化的过程。而滤失量的变化会进一步影响压裂液的携砂性能。所以压裂液在裂缝中流动时，受周边地层渗透率的影响，滤失性能改变，进而影响压裂液的携砂性能。
液态co2干法压裂是指采用纯液态co2作为压裂液对油气储层进行压裂改造的增产工艺。与水基压裂液相比，co2压裂具有独特优势：没有残渣，配伍性好，降低污染；co2流动性强，可以进入储集层中的微裂缝，更好地沟通储集层；压裂后地层中气体膨胀，加快返排；同时，co2易溶于原油，降低原油粘度，利于提高原油的采收率。液态co2干法压裂的上述性能对于非常规致密性油气层，尤其是敏感性地层的压裂改造效果和最终采收率的提高具有重要意义，具有良好的应用前景。但是液态co2干法压裂应用中也存在一些技术难题。液态co2粘度极低，一般在0.02-0.16mpa·s，而且其粘度、密度、表面张力等物理性质与温度和压力密切相关，压裂过程中携砂能力差、容易脱砂、形成砂堵，同时由于粘度低导致滤失量大。
所以需要测量液态co2改变其黏度后，在高压动态滤失条件下其滤失性能和携砂性能，而现有的压裂液携砂测量装置结构简单，功能单一，无法实现在不同渗透率地层的滤失条件下，测试压裂液的携砂能力。
中国专利文献cn206002508u公开了《一种压裂液携砂效果评价装置》，该专利是在大型回路系统中评价压裂液携砂效果的装置。但是该专利技术仅针对普通常规压裂液，耐压能力有限，不适用于高压下液态co2压裂液的携砂能力评价；该装置没有考虑到携砂液在压裂过程中会向周围地层滤失，携砂性能会由于动态滤失受到影响，无法模拟压裂施工中的真实条件。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置；
本发明还提供上述测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置的测量方法。
本发明实现了，动态滤失条件下，评价液态co2压裂液或常规单相压裂液的携砂性能和滤失性能，既可以模拟同一裂缝中沿携砂液流动方向上地层渗透率的变化对携砂性能的影响，也可以模拟不同渗透率地层裂缝中的携砂性能，同时测定其滤失性能。
本发明的技术方案如下：
一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，包括携砂测量装置、图像采集装置，其特征在于，所述可视化装置还包括滤失测量装置，所述可视化装置通过连接管线连通，压裂液在所述连接管线内流通；
所述携砂测量装置包括可视化内腔，用于模拟压裂液在压裂裂缝中的携砂流动过程；
所述滤失测量装置连通所述可视化内腔，所述滤失测量装置的数量为多组，每组所述滤失测量装置包括岩心夹持器、岩心，所述岩心设置在所述岩心夹持器内，所述滤失测量装置用于模拟在压裂裂缝中不同渗透率地层对滤失过程的影响；
所述图像采集装置设置在所述可视化内腔的上部，包括计算机、摄像机，用于采集压裂液携砂流动形态及数据分析。所述图像采集装置为现有技术，为行业内技术人员所熟知，不属于本发明的保护范围。
此处设计的优势在于，携砂测量装置模拟压裂液在压裂裂缝中的携砂流动过程，滤失测量装置模拟在压裂裂缝中不同渗透率地层对滤失过程的影响，图像采集装置用于采集压裂液携砂流动形态及数据分析；实现对压裂液在裂缝中动态滤失的全还原，为测量压裂液提供最真实的环境。
本发明公开的另一面，所述携砂测量装置还包括顺序设置在携砂液注入管上的第一阀门、循环泵、第一压力传感器、加砂器，顺序设置在携砂液排出管上的第二回压阀、第四阀门，所述携砂液注入管和所述携砂液排出管分别连接在所述可视化内腔的前部侧壁、后部侧壁；
每组所述滤失测量装置包括顺序连接的第二阀门、岩心夹持器、第一回压阀、第三阀门、质量流量计，所述岩心夹持器上设置有多个温度传感器、压力传感器；
所述可视化内腔的左右两侧设置有透明板，所述透明板上设置有开口；所述滤失测量装置通过连接管线穿过所述开口连接可视化内腔，可视化内腔内的压裂液通过开口进入岩心，用于模拟压裂液滤失进入地层的过程。
此处设计的优势在于，本发明利用循环泵推动液态co2携砂液流动，通过加砂罐加入支撑剂，携砂液在可视化内腔内部流通，经由可视内腔上的的开口滤失流入岩心夹持器，压裂液流经岩心后排出，在所述可视窗内腔外部与透明板相对的位置设置图像采集装置，由图像采集装置对液态co2携砂流动形态进行拍摄记录、采集、储存、分析压裂液携砂的参数，同时监控支撑剂沉降形成的砂堤高度和临界沉降速度，进一步的评价所述模拟裂缝内液态co2压裂液携砂能力。
本发明公开的另一面，所述携砂液排出管上在所述可视化内腔的出口端设置有第一滤网。
此处设计的优势在于，第一滤网的作用：一是当支撑剂颗粒运移地最远距离大于裂缝最大长度时,过滤支撑剂并使其在裂缝端部堆积,以研究不同体系压裂液携带下,支撑剂在裂缝端面铺置形态的变化；二是过滤掉压裂液中的颗粒,以免破坏回压阀。
本发明公开的另一面，所述可视窗内腔内垂直方向设置有多个均匀等面积的区域，每个区域对应透明板上设置有开口，通过所述开口连接滤失测量装置。
本发明公开的另一面，所述可视窗内腔内垂直方向设置有6个均匀等面积的区域，编号为a、b、c、d、e、f，每个区域对应透明板上等距设置4个开口，每个区域上部通过所述4个开口对应连接1组滤失测量装置，分别编号为a、b、c、d、e、f。
此处设计的优势在于，6个均匀等面积设置的区域，每个区域连接1组滤失测量装置，在岩心夹持器内选择安装合适渗透率的岩心，还原实际开采过程中压裂液在压裂裂缝中流动，滤失进入不同渗透率的地层，对压裂液滤失量的影响。
本发明公开的另一面，所述岩心夹持器上等间距设置有4个压力传感器、4个温度传感器。
本发明公开的另一面，所述可视化内腔底部、所述岩心夹持器底部均设置有排砂孔，所述排砂孔上设置有封堵设备。
此处设计的优势在于，选用法兰封堵装置，测量过程中用法兰封堵设备封堵所述排砂孔，测量结束后打开法兰封堵设备，将内部残留物质排出。
本发明公开的另一面，所述携砂液注入管设置在所述可视化内腔的前部侧壁的顶部，所述携砂液排出管设置在所述可视化内腔的后部侧壁的顶部。
本发明公开的另一面，所述可视化内腔的长度为500-700mm；高度为70-90mm；宽度为1-3mm。模拟实际裂缝尺寸。
本发明公开的另一面，所述携砂液注入管和所述携砂液排出管属于所述连接管线；所述连接管线为内径3-6mm的不锈钢管线。
本发明公开的另一面，所述岩心为方形，所述岩心的长度为200-400mm，高度为10-30mm，宽度为10-30mm，所述岩心的渗透率为1×10-3μm2-1μm2。
本发明公开的另一面，所述透明板为石英玻璃板。
本发明公开的另一面，所述透明板的耐压为20-30mpa。
如上述测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置的方法，包括如下步骤：
根据实验要求组装装置，选择安装岩心夹持器和岩心；测试可视化内腔的耐压，不刺不漏为合格；压裂液携砂流动，开启图像采集装置通过透明板拍摄记录液态co2携砂液流动形态过程；动态滤失条件下滤失测量；滤失数据处理。
本发明公开的另一面，所述滤失数据处理中滤失数据处理的方法为：
5-1)绘制滤失特性曲线：绘制滤液体积q与平方根
5-2)得到滤失系数：拟合滤失特性曲线的稳定阶段的直线段，得到直线段斜率m，根据达西方程推导出滤失系数计算公式：
所述c为压裂液滤失系数，
本发明公开的另一面，所述测试可视化内腔的耐压，不刺不漏为合格的方法为：关闭可视化内腔出口端的第四阀门，关闭所有滤失测量装置上的第二阀门，向所述可视化内腔中通入高压清水，保持最高施工压力30-40min，可视化内腔不刺不漏为试压合格，所述最高施工压力为所述最高耐压值。
本发明公开的另一面，所述压裂液携砂流动，开启图像采集装置通过透明板拍摄记录液态co2携砂液流动形态过程的方法包括：打开可视化内腔出口端的第四阀门，打开所有滤失测量装置上的第二阀门，根据实验要求调节第二回压阀的过流压力，确保co2处于液态状态；将携砂液注入管的一端与co2储罐相连，将测试用支撑剂装入加砂器内，调节压裂液流速；开启图像采集装置通过透明板拍摄记录液态co2携砂液流动形态过程。
本发明公开的另一面，所述动态滤失条件下滤失测量的方法包括：液态co2通过可视化内腔的开口处连接管线流动至岩心夹持器，液态co2压裂液通过岩心，沿岩心长度方向流出，流经第一回压阀和质量流量计，压力传感器和温度传感器测量流通过程中岩心的温度、压力，质量流量计的数据和岩心的温度压力数据由电脑采集储存。
本发明的有益效果：
1、本发明模拟实际压裂过程中，沿压裂液流动方向，压裂液通过裂缝壁面进入地层岩石基质，受地层岩石基质的渗透率不同的影响，压裂液的滤失性能的变化。
2、本发明具有操作简单、安全性强、效能高的特点，可以考虑地层渗透率，模拟液态co2压裂液在滤失条件下的携砂性能，可以将携砂实验和滤失实验同步进行，操作性强。
3、本发明所用石英玻璃板组成可视化视窗可以承受固相颗粒的冲击、模拟现场施工压力条件，在高压下进行液态co2压裂液携砂性能的评价，具有耐压耐磨的特点。
4、本发明所采用的温度传感器、压力传感器以及质量流量计数据皆由电脑采集分析，具有采集准确，精度高的特点。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明所述可视化内腔结构示意图；
图3是增稠后液态co2在不同渗透率地层下的滤失曲线。
图1-3中，1、携砂液注入管；2、第一阀门；3、循环泵；4、第一压力传感器；5、加砂器；6、可视化内腔；7、第二阀门；8、岩心夹持器；9、压力传感器；10、温度传感器；11、岩心；12、第一回压阀；13、第三阀门；14、质量流量计；15、单向阀；16、第一滤网；17、第二回压阀；18、第四阀门；19、携砂液排出管；20、固定螺栓；21、石英玻璃板；22、第二滤网；23、连接管线；24、封堵设备；
具体实施方式
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。
如图1-3所示。
实施例1
一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，包括携砂测量装置、图像采集装置，其特征在于，所述可视化装置还包括滤失测量装置，所述可视化装置通过连接管线连通，压裂液在所述连接管线内流通；
所述携砂测量装置包括可视化内腔6，用于模拟压裂液在压裂裂缝中的携砂流动过程；
所述滤失测量装置连通所述可视化内腔6，所述滤失测量装置的数量为6组，每组所述滤失测量装置包括岩心夹持器8、岩心11，所述岩心11设置在所述岩心夹持器8内，所述滤失测量装置用于模拟在压裂裂缝中不同渗透率地层对滤失过程的影响；
所述图像采集装置设置在所述可视化内腔6的上部，包括计算机、摄像机，用于采集压裂液携砂流动形态及数据分析。所述图像采集装置为现有技术，为行业内技术人员所熟知，不属于本发明的保护范围。
实施例2
如实施例1所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，其区别在于，所述携砂测量装置还包括顺序设置在携砂液注入管1上的第一阀门2、循环泵3、第一压力传感器4、加砂器5，顺序设置在携砂液排出管19上的第二回压阀17、第四阀门18，所述携砂液注入管1和所述携砂液排出管19分别连接在所述可视化内腔6的前部侧壁、后部侧壁；
每组所述滤失测量装置包括顺序连接的第二阀门7、岩心夹持器8、第一回压阀12、第三阀门13、质量流量计14，所述岩心夹持器8上设置有4个温度传感器10、压力传感器9；
所述可视化内腔的左右两侧设置有透明板，所述透明板上设置有开口；所述滤失测量装置通过连接管线23穿过所述开口连接可视化内腔6，可视化内腔6内的压裂液通过开口进入岩心11，用于模拟压裂液滤失进入地层的过程。
实施例3
如实施例2所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，其区别在于，所述携砂液排出管19上在所述可视化内腔6的出口端设置有第一滤网16。
实施例4
如实施例1所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，其区别在于，所述可视窗内腔内垂直方向设置有6个均匀等面积的区域，编号为a、b、c、d、e、f，每个区域对应透明板上等距设置4个所述开口，每个区域上部通过所述开口对应连接1组滤失测量装置，分别编号为a、b、c、d、e、f。
实施例5
如实施例1所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，其区别在于，所述可视化内腔6底部、所述岩心夹持器8底部均设置有排砂孔，所述排砂孔上设置有封堵设备。
实施例6
如实施例2所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，其区别在于，所述携砂液注入管1设置在所述可视化内腔6的前部侧壁的顶部，所述携砂液排出管19设置在所述可视化内腔6的后部侧壁的顶部。
实施例7
如实施例1所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，其区别在于，所述可视化内腔6的长度为500-700mm；高度为70-90mm；宽度为1-3mm。模拟实际裂缝尺寸。
实施例8
如实施例2所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，其区别在于，所述携砂液注入管1和所述携砂液排出管19属于所述连接管线23；所述连接管线23为内径3-6mm的不锈钢管线。
实施例9
如实施例1所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，其区别在于，所述岩心11为方形，所述岩心11的长度为200-400mm，高度为10-30mm，宽度为10-30mm，所述岩心11的渗透率为1×10-3μm2-1μm2。
实施例10
如实施例2所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，其区别在于，所述透明板为石英玻璃板。
实施例11
如实施例2所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置，其区别在于，所述透明板的耐压为20-30mpa。
实施例12
如上述测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置的测量方法，包括如下步骤：根据实验要求组装装置，选择安装岩心夹持器8和岩心11；测试可视化内腔6的耐压，不刺不漏为合格；压裂液携砂流动，开启图像采集装置通过透明板拍摄记录液态co2携砂液流动形态过程；动态滤失条件下滤失测量；滤失数据处理。
实施例13
如实施例12所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置的测量方法，其区别在于，所述滤失数据处理的方法为：
5-1)绘制滤失特性曲线：绘制滤液体积q与平方根
5-2)得到滤失系数：拟合滤失特性曲线的稳定阶段的直线段，得到直线段斜率m，根据达西方程推导出滤失系数计算公式：
所述c为压裂液滤失系数，
实施例14
如实施例12所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置的测量方法，其区别在于，所述测试可视化内腔6的耐压，不刺不漏为合格的方法为：关闭可视化内腔6出口端的第四阀门18，关闭所有滤失测量装置上的第二阀门7，向所述可视化内腔6中通入高压清水，保持最高施工压力30-40min，可视化内腔6不刺不漏为试压合格，所述最高施工压力为所述最高耐压值。
实施例15
如实施例12所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置的测量方法，其区别在于，所述压裂液携砂流动，开启图像采集装置通过透明板拍摄记录液态co2携砂液流动形态过程的方法包括：打开可视化内腔6出口端的第四阀门18，打开所有滤失测量装置上的第二阀门7，根据实验要求调节第二回压阀17的过流压力，确保co2处于液态状态；将携砂液注入1管的一端与co2储罐相连，将测试用支撑剂装入加砂器5内，调节压裂液流速；开启图像采集装置通过透明板拍摄记录液态co2携砂液流动形态过程。
实施例16
如实施例12所述一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置的测量方法，其区别在于，所述动态滤失条件下滤失测量的方法包括：液态co2通过可视化内腔6的开口处连接管线23流动至岩心夹持器8，液态co2压裂液通过岩心11，沿岩心11长度方向流出，流经第一回压阀12和质量流量计14，压力传感器9和温度传感器10测量流通过程中岩心11的温度、压力，质量流量计14的数据和岩心11的温度压力数据由电脑采集储存。
实施例17
所述实施例1-11所述的一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置及实施例12-16所述的一种测量co2压裂液高压动态滤失条件下携砂性能的可视化装置的测量方法，其区别在于，选择支撑剂粒径为0.18-0.25mm，在岩心夹持器中a和f,b和e,c和d中分别放入渗透率为0.32×10-3μm2，0.55×10-3μm2，1.15×10-3μm2的人造岩心。
选择增稠剂混合液态co2压裂液，注入所述可视化装置内，测试其携砂效果，如表1所示：
表1.增稠剂tnj-1的液态co2压裂液携砂效果表
如表1所示，在20℃，10mpa的条件下，将含有增稠剂类型tnj-1，浓度为1％的液态co2压裂液通入到携砂液注入管中，在测试压裂液携砂性能过程中，电脑采集到的天平数据计算得到临界沉降速度、静止到“滚流”临界速度、“滚流”到“跳跃迁移”临界速度、临界悬浮速度等滤失速度。
表2.20℃，10mpa的条件下，增稠剂tnj-1的液态co2压裂液滤失性能表
如表2所示，在20℃，10mpa的条件下，将含有增稠剂类型tnj-1，浓度为1％的液态co2压裂液通入到携砂液注入管中，记录不同渗透率岩心的滤失测量装置，处理得到对应的斜率和滤失系数。