一种支撑剂悬浮率测试设备的制作方法

1.本实用新型涉及油气藏压裂改造用支撑剂评价技术，尤其涉及一种支撑剂悬浮率测试设备。


背景技术：

2.随着我国非常规油气藏的大规模开发，以增大改造体积、增加裂缝复杂程度为目标的大规模体积压裂技术，已成为非常规油气藏(页岩油气等)开采的关键技术，常用的支撑剂为陶粒和石英砂(石英砂的使用比例在逐年增加)，常用的压裂液为滑溜水和胶液(主要以滑溜水为主)，由于支撑剂密度大，滑溜水粘度低，导致支撑剂在滑溜水中沉降速度快，滑溜水携砂能力差，使得支撑剂在裂缝中运移距离较近，有效支撑半径短，主要集中在近井裂缝中，裂缝远端和次级裂缝得不到有效充填和支撑，难以发挥次级裂缝等微细裂缝网络的作用，导致页岩油气等非常规油气藏初产高(主裂缝发挥作用)、递减快(次级裂缝作用较差)，难以达到长期高产稳产目的。油气行业也一直致力于研发新的压裂材料(压裂液和支撑剂)和相对应的测试评价方法，以期提高压裂改造效果。
3.常规压裂支撑剂是石英砂或陶粒，由于其视密度密较大，在水中并不会出现悬浮现象，如图1、图2所示，因此现有技术中并不针对常规支撑剂进行悬浮率的测试。北京仁创科技集团一直致力于开发新型支撑剂(复合支撑剂)，该类型支撑剂具有自悬浮功能，在水中会呈现不同高度的梯度悬浮现象，需要新的装置和评价方法来评价复合支撑剂的悬浮性能。


技术实现要素：

4.本实用新型公开了一种支撑剂悬浮率测试设备，解决了具有悬浮性能的支撑剂无法准确测量混砂液中悬浮支撑剂质量的问题，测量准确率高。
5.本实用新型的技术方案为：一种支撑剂悬浮率测试设备，包括上液管、下液管和阀门，上液管与下液管通过阀门连接，上液管上端开口，阀门打开时，上液管和下液管连通，阀门关闭时，支撑剂悬浮率测试设备中混砂液被分隔为阀门以上待测混砂液和阀门以下待测混砂液两部分。通过阀门将混砂液无扰动分隔为两部分后，才能进行悬浮率的测试。
6.阀门设置在悬浮率测试所需的设定位置。
7.所述阀门为闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、针型阀或隔膜阀。
8.所述阀门为球阀，所述球阀关闭时球阀芯上端面为待测混砂液分隔为上下两部分的分隔界面。
9.所述上液管开口处设置可开闭的密封盖。
10.所述下液管内设置下堵板，下堵板与下液管内壁密封连接。通过下堵板，待测试混砂液不会进入下液管下堵板下方，可以在保证球阀关闭后球阀与下液管中的容量和达到要求，同时增加下液管高度，使球阀操作更容易。
11.所述下液管内设置活塞，活塞可在下液管内往复运动，活塞头上端面与下堵板固
定。
12.所述下液管内设置活塞支撑板，活塞支撑板固定在下液管内壁上，活塞杆穿过活塞支撑板，活塞杆为两段，固定段和分离段，固定段与活塞头固定连接，分离段与固定段末端可分离地连接，活塞向下移动到最低位置时，固定段不伸出下液管底部。通过两段活塞杆，保证活塞移动到位时，固定段不伸出下液管，保证悬浮率测试设备能够竖直放置。
13.所述下液管底部具有底座，底座的直径大于下液管直径。
14.所述下液管底部具有底座，底座的直径大于下液管直径，底座上设置有活塞杆孔。分离段可穿过活塞杆孔与固定段连接后移动活塞，使下堵板随着活塞移动到合适的位置。活塞设置用于调节阀门下方的混砂液容积。
15.所述下液管与所述底座一体成型。
16.所述上液管和下液管为圆柱体。
17.所述上液管和下液管的直径相同。
18.所述球阀的球阀芯为90度旋转开关机构，打开时与上液管、下液管内径等截面贯通。
19.本实用新型是基于支撑剂自悬浮的特殊现象及其科学含义而研究提出的。一定质量的自悬浮支撑剂试样加水搅拌后，由于其能自悬浮，特别是仁创自行研发的新型复合支撑剂的外敷涂层产生了水化作用，呈现溶涨、扩散与增黏效应，使得“固—液”两态相对密度发生变化，部分支撑剂(石英砂)呈现不同高度的悬浮现象，且砂浓度自上而下梯度增加，在一定时间内，没有清晰的“固—液”分界面，不同于低密度支撑剂的“界面漂浮”现象，如图3所示，突破了高密度固体材料在低密度、低粘度液体中稳定呈现梯度悬浮的关键技术难题。由于支撑剂颗粒大小以及水化作用，采用移液管或洗耳球等传统方法吸取悬浮率测试设备上部液体一是容易导致移液管等堵塞，二是对下部混砂液形成扰动，无法准确测算悬浮率。如果采用从侧面开口(如侧面设置平移管)将上部混砂液引出的技术，也非常容易导致侧面开口堵塞。
20.本实用新型采用阀门将悬浮率测试设备混砂液无扰动地分隔为上下两部分后，可以很轻松地将悬浮率测试设备的上部分混砂液倒出，并可通过多次清洗内壁的方式将所有上部混砂液中的支撑剂提取出来。
21.本实用新型采用截断类阀门，比如闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、针型阀、隔膜阀等。优选的球阀，开关比较快速方便，针对支撑剂这样具有一定强度的颗粒，球阀相对其它阀门开关时更不容易卡顿，更耐磨损，关闭时密封性更好，基本无扰动。同时球阀心的上端面作为悬浮率测试装置的上下部分分隔的设定位置，也比较准确。
附图说明
22.图1为石英砂在水中的悬浮情况图。
23.图2为陶粒在水中的悬浮情况图。
24.图3为复合支撑剂在水中的悬浮情况图。
25.图4为实施例1的悬浮率测试设备的结构示意图。
26.图5为实施例2的悬浮率测试设备的结构示意图。
27.图6为实施例3的悬浮率测试设备的结构示意图。
28.图7为球阀的球阀心处于打开时的结构示意图。
具体实施方式
29.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
30.实施例1
31.悬浮率测试设备的结构如图4所示：包括上液管101、下液管102和阀门及底座104，阀门可选各种截断类阀门，比如闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、针型阀、隔膜阀，优选球阀。本实施例上液管101与下液管102通过球阀103连接，上液管101上端开口，下液管102底端封闭，球阀103打开时，上液管101、球阀103和下液管102连通，球阀103关闭时球阀芯上端面105将悬浮率测试设备100内的混砂液分隔为上下两部分。上端面105为上下混砂液的分隔界面。
32.如图7所示，球阀103的球阀芯为90度旋转开关机构，打开时与上液管、下液管内径等截面贯通。
33.球阀103安装时，球阀芯上端面105设置位置可根据测试要求设定，可根据支撑剂实际情况将混砂液体积分为确定份数，球阀芯上端面105以上的混砂液体积占总体积的适当份数。
34.上液管101开口端可设置密封盖。
35.球阀103可以选择各种球阀，比如手柄较小的球阀等。
36.如图7所示，球阀103的球阀芯为90度旋转开关机构，打开时与上液管101、下液管102内径等截面贯通。
37.实施例2
38.悬浮率测试设备的结构如图5所示，包括上液管101、下液管102和球阀103及底座104，上液管101与下液管102通过球阀103连接，上液管101上端开口，下液管102内设置下堵板106，下堵板106与下液管102内壁密封连接。球阀103打开时，上液管101、球阀103和下液管102连通，球阀103关闭时球阀芯上端面105将悬浮率测试设备100内的混砂液无扰动地分隔为上下两部分，上端面105为上下混砂液的分隔界面。设置下堵板106能够使下液管102的液体底面抬高，方便球阀103操作。
39.上液管101开口端可设置密封盖。
40.如图7所示，球阀103的球阀芯为90度旋转开关机构，打开时与上液管101、下液管102内径等截面贯通。
41.实施例3
42.悬浮率测试设备的结构如图6所示，包括上液管101、下液管102和球阀103及底座104，上液管101与下液管102通过球阀103连接，上液管101上端开口，下液管102内设置下堵板106，下堵板106与下液管102内壁密封连接。
43.下液管102内设置活塞，下堵板106与活塞的活塞头107上顶面连接，活塞杆分为两段，固定段108固定在活塞头107上，分离段与固定段末端可分离的连接，需要移动下堵板
106时将分离段与固定段末端连接上，移动到位时将分离段拆下，分离段和固定段108可通过螺纹连接或卡扣连接等。下液管102内还设置活塞杆支撑板109，固定段108穿过活塞杆支撑板109，活塞杆支撑板109能够起到停止位的作用，能够使下堵板106移动不超过活塞杆支撑板109.底座104上设置活塞杆孔110，分离段穿过活塞杆孔110与固定段108连接，下堵板106移动到最低位时，固定段108不超过下液管102的底部。
44.球阀103打开时，上液管101、球阀103和下液管102连通，球阀103关闭时球阀芯上端面105将悬浮率测试设备100内的混砂液无扰动地分隔为上下两部分，上端面105为上下混砂液的分隔界面。设置下堵板106能够使下液管102的液体底面抬高，方便球阀103操作。设置活塞可调节下堵板106位置。
45.球阀103安装时，球阀芯上端面105设置位置可根据测试要求设定，可根据支撑剂实际情况将混砂液体积分为确定份数，球阀芯上端面105以上的混砂液体积占总体积的适当份数。
46.实施例4悬浮率测试
47.悬浮率测试装置的使用方式如下：
48.(1)在室温环境下，利用电子天平称取支撑剂试样50g(m1)，精确到0.01g，利用250ml量筒量取一定矿化度的水或滑溜水180ml；
49.(2)分别把称量好的清水与支撑剂试样装入400ml烧杯内，利用gtcs2020恒速电动搅拌器搅拌5分钟(搅拌转速400r/min)使其充分混合后，制成待测混砂液；
50.(3)将待测混砂液倒入如图4或5或6所示的悬浮率测试设备，静置10s(为了固液充分混合，用密封盖封堵悬浮率测试设备入口，可将仪器上下翻转多次后再静置)，在继续保持垂直静止的状态下关闭球阀，将混砂液基本无扰动的隔离成上下两部分；
51.(4)将悬浮率测试仪球阀上部混砂液倒入金属丝编织网试验筛过滤(筛网的孔径应小于支撑剂试样的粒径，以确保提权全部支撑剂)，清洗装置内壁以保证上部支撑剂全部取出；
52.(5)利用自来水冲洗筛网中的混砂液，提取全部支撑剂，利用电热恒温鼓风干燥箱烘干，烘箱温度105℃，烘干时间1h，取出烘干试样后放入干燥皿中冷却后称取试样质量m2。
53.(6)按以下公式计算支撑剂悬浮率ω(％)：
[0054][0055]
其中:m1—待测支撑剂质量，单位为克(g)；
[0056]
m2—悬浮率测试设备中上部六分之五体积混砂液中支撑剂质量，单位为克(g)；
[0057]
7/6—综合修正系数，综合修正系数可根据球阀上端面以下体积占混砂液体积的份数进行调整，该实施例中球阀上端面以下体积占混砂液体积为六分之一，则综合修正系数为7/6，如果球阀上端面以下体积占混砂液总体积为十分之一(悬浮率测试惯例)，则综合修正系数为10/9。
[0058]
检测结果如下：
[0059]
表1不同目数复合支撑剂15％砂比条件在水中的悬浮率
[0060][0061]
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的保护范围之内。