專利名稱：一種泡沫壓裂液動態(tài)濾失的測量裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泡沫壓裂液動態(tài)濾失的測量裝置及其工作方法，屬于石油化工的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
泡沫壓裂液攜砂能力強(qiáng)、濾失量低、反排快、對地層傷害小，具有降粘、防膨、降阻、助排等多種特性，適合低壓、低滲透、致密及水敏性強(qiáng)等復(fù)雜地層。泡沫壓裂液在國外已有幾十年的發(fā)展歷史，但在國內(nèi)更多的局限在室內(nèi)研究階段，并且對于泡沫壓裂液的性能測試都是在參考水基壓裂液性能測試的標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行的，但由于泡沫壓裂液具有氣液兩相，壓裂液濾失不僅包括液體，也包括氣體，這就使得水基壓裂液的測試方法并不適用對泡沫壓裂液濾失的測量。常規(guī)的水基壓裂液測試方法是利用動態(tài)濾失儀將壓裂液從下端入口進(jìn)入，上端出口流出，出口端加回壓，一部分壓裂液由巖心處濾失到中心管而由濾失液出口流出。先將壓裂液注入巖心夾持器中，之后加壓，由于水基壓裂液可壓縮性很小，這種方法是 可行的，但對于泡沫壓裂液來說，氣體的壓縮性很大，增加壓力后泡沫壓裂液的泡沫質(zhì)量發(fā)生變化，這種方法不再適用，在中國文獻(xiàn)《應(yīng)用化工》2011年第10期中《氮?dú)馀菽瓑毫岩河米髅簩託饩阅苎芯俊芬晃闹刑岬?，是將泡沫壓裂液配好后放入高溫高壓濾失儀中，用氮?dú)饧拥街付▔毫?，這樣做雖然泡沫壓裂液沒有被壓縮，但用氮?dú)饧訅阂彩沟门菽瓑毫岩旱呐菽|(zhì)量發(fā)生變化，使得測量結(jié)果不準(zhǔn)確，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果僅僅得到泡沫壓裂液中的液體濾失量，上述實(shí)驗(yàn)方法為泡沫壓裂液的靜態(tài)濾失實(shí)驗(yàn)方法。目前國內(nèi)外參考文獻(xiàn)中沒有提到任何有關(guān)測量泡沫壓裂液動態(tài)濾失的方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種泡沫壓裂液動態(tài)濾失的測量裝置。本發(fā)明還提供一種利用上述測量裝置測量泡沫壓裂液動態(tài)濾失的方法，以分別測量泡沫壓裂液中的液體濾失和氣體濾失。技術(shù)術(shù)語解釋標(biāo)準(zhǔn)鹽水所述的標(biāo)準(zhǔn)鹽水中KCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為2. 0%、NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為5. 5%、MgCl2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為O. 45%、CaCl2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為O. 55%。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種泡沫壓裂液動態(tài)濾失的測量裝置，該裝置包括在恒溫箱13內(nèi)設(shè)置的盛放標(biāo)準(zhǔn)鹽水的中間容器2、盛放氮?dú)獾闹虚g容器3、盛放壓裂液的中間容器4和內(nèi)含柱狀巖心8-3的巖心夾持器套筒8 ；在所述巖心夾持器套筒8的入口端設(shè)置有模擬裂縫8-2，在所述模擬裂縫8-2的一端設(shè)置有進(jìn)液口 8-4，在所述模擬裂縫的另一端通過回壓閥7與出液口 8-5相連通，所述模擬裂縫8-2的一側(cè)壁與絲堵8-1相連，所述模擬裂縫的另一側(cè)壁與柱狀巖心8-3的端面相連，所述柱狀巖心8-3的另一端面通過墊塊8-6和移動螺母8-6與濾失管8-8相連；
所述盛放標(biāo)準(zhǔn)鹽水的中間容器2與巖心夾持器套筒8內(nèi)的進(jìn)液口 8-5相連；所述盛放氮?dú)獾闹虚g容器3和盛放壓裂液的中間容器4通過泡沫發(fā)生器6與巖心夾持器套筒8內(nèi)的進(jìn)液口 8-4相連，所述巖心夾持器套筒8的濾失管8-8相連依次連接液態(tài)收集瓶和氣態(tài)收集瓶。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的液態(tài)收集瓶為內(nèi)部裝有消泡劑的錐形瓶9。所述的氣態(tài)收集瓶為量筒11。一種利用上述測量裝置測量泡沫壓裂液動態(tài)濾失的方法，包括步驟如下(I)測定待測柱狀巖心的氣體滲透率并對其稱重；(2)測定柱狀巖心的孔隙度·a.對柱狀巖心在真空度為O. IMPa條件下抽空5小時；b.用標(biāo)準(zhǔn)鹽水在地層壓力條件下對柱狀巖心進(jìn)行加壓飽和；c.將飽和好標(biāo)準(zhǔn)鹽水的柱狀巖心外表的水擦掉、稱重，計算得到柱狀巖心的孔隙度；(3)將柱狀巖心放入巖心夾持器套筒中，連接好管線，對柱狀巖心加圍壓至模擬地層壓力，關(guān)閉回壓閥；(4)打開恒溫箱，設(shè)定為模擬地層溫度，恒溫4h ；(5)向巖心夾持器套筒內(nèi)的進(jìn)液口注入標(biāo)準(zhǔn)鹽水，待標(biāo)準(zhǔn)鹽水通過柱狀巖心的流
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量恒定后，記錄標(biāo)準(zhǔn)鹽水的注入壓力P和注入流量Q，根據(jù)達(dá)西公式:Q = ~^計算柱狀巖
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心的液體滲透率；(6)打開回壓閥，加回壓3. 5MPa，分別打開所述盛放氮?dú)獾闹虚g容器和盛放壓裂液的中間容器下方的泵，控制氣液流量保持固定的泡沫質(zhì)量，所述泡沫質(zhì)量是指泡沫壓裂液的氣液比；(7)調(diào)節(jié)回壓閥，保持柱狀巖心前后壓差恒定，從第一滴濾液開始流出時記錄濾失時間，并且同時記錄液態(tài)收集瓶的質(zhì)量，即液體濾失量；和氣態(tài)收集瓶內(nèi)的體積變化，即氣體濾失量。對柱狀巖心的泡沫壓裂液濾失時間不小于90min。對于濾失過柱狀巖心的泡沫壓裂液要進(jìn)行氣液分離，根據(jù)泡沫壓裂液是否在柱狀巖心端面形成濾餅，計算泡沫壓裂液的氣體濾失系數(shù)和液體濾失系數(shù)①當(dāng)濾失后形成濾餅時，則泡沫壓裂液的氣體濾失量與時間的平方根成直線；作圖，該直線的斜率為;泡沫壓裂液的液體濾失量與時間的平方根成直線；作圖，該直線的斜率為ma;根據(jù)達(dá)西方程分別推導(dǎo)出
ITUf Th液體濾失系數(shù)c液=0.005X γ和氣體濾失系數(shù)c(t = 0.005x—^ ;
AA所述A為柱狀巖心端面的面積，mm2。②當(dāng)濾失后未形成濾餅時，則泡沫壓裂液的氣體濾失量與時間成直線；作圖，該直線的斜率為;泡沫壓裂液的液體濾失量與時間成直線；作圖，該直線的斜率為ma ;根據(jù)達(dá)西方程分別推導(dǎo)出
m,'液體濾失系數(shù)c液=0.005X γ和氣體濾失系數(shù)c,t = 0.005;所述A為柱狀巖心端面的面積，mm2。
(8)測柱狀巖心損害后的滲透率用標(biāo)準(zhǔn)鹽水反向驅(qū)替柱狀巖心，直至標(biāo)準(zhǔn)鹽水的注入壓力和注入流量穩(wěn)定，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計算柱狀巖心損害后的液體滲透率；所述驅(qū)替鹽水體積不小于IOPV ；(9)將柱狀巖心取出，表面擦干，放入烘箱中烘干，測定柱狀巖心損害后的氣體滲透率。步驟(8)、(9)為分別是對濾失后柱狀巖心液測滲透率和氣測滲透率，在于從不同角度評價泡沫壓裂液對柱狀巖心產(chǎn)生的傷害水測滲透率更全面地了解泡沫壓裂液對柱狀巖心的傷害，氣測滲透率是將巖心烘干，得到的是壓裂液殘渣對巖心產(chǎn)生的傷害，二者之差能反應(yīng)了泡沫壓裂液中的氣體對巖心產(chǎn)生的傷害，即氣鎖效應(yīng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于I.本發(fā)明所述的泡沫壓裂液動態(tài)濾失的測量裝置，利用新型巖心夾持器套筒對柱狀巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測量，保持泡沫壓裂液在濾失實(shí)驗(yàn)中的氣液完整性，填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)效測量泡沫壓裂液濾失的技術(shù)空白。
2.本發(fā)明所述的測量方法，能在一定溫度和壓力條件下形成泡沫壓裂液，并且對氣體和液體的濾失系數(shù)進(jìn)行測定根據(jù)泡沫壓裂液濾失后是否形成濾餅，準(zhǔn)確根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算泡沫壓裂液中液體濾失系數(shù)和氣體濾失系數(shù)。3.利用本發(fā)明所述的裝置及方法能夠?qū)崿F(xiàn)對濾失后柱狀巖心的液測滲透率進(jìn)行測定，從不同角度評價泡沫壓裂液對柱狀巖心產(chǎn)生的傷害水測滲透率更全面地了解泡沫壓裂液對柱狀巖心的傷害，氣測滲透率是將巖心烘干，得到的是壓裂液殘渣對巖心產(chǎn)生的傷害，為泡沫壓裂液在實(shí)際油氣開采中的研究提供權(quán)威的測控數(shù)據(jù)。


圖I是本發(fā)明所述測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中巖心夾持器套筒的結(jié)構(gòu)示意圖；在圖I中，I、平流泵用于控制壓裂液和氣體的流動速度；2、盛放標(biāo)準(zhǔn)鹽水的中間容器標(biāo)準(zhǔn)鹽水-用來水測滲透率；3、盛放氮?dú)獾闹虚g容器作為氣源，產(chǎn)生泡沫；4、盛放壓裂液的中間容器作為基液產(chǎn)生泡沫壓裂液；5、流量計計量氣體的量，控制泡沫質(zhì)量；
6、泡沫發(fā)生器內(nèi)部充填石英砂，使氮?dú)夂蛪毫岩撼浞只旌希玫椒€(wěn)定的泡沫壓裂液；7、回壓閥控制泡沫壓裂液出口壓力，使柱狀巖心前端面保持在恒定壓力條件；8、巖心夾持器套筒在柱狀巖心前端有模擬裂縫，泡沫壓裂液在裂縫內(nèi)聚集，在柱狀巖心前端保持一定的壓差；9、錐形瓶內(nèi)裝消泡劑，用來將進(jìn)入錐形瓶內(nèi)的濾失泡沫壓裂液中的泡沫消掉，進(jìn)行氣液分離；10、天平計量濾失液體的質(zhì)量；11、量筒計量濾失氣體的體積；12、燒杯盛水；13、恒溫箱控制實(shí)驗(yàn)溫度。在圖2中，8-1、絲堵；8_2、模擬裂縫；8_3、柱狀巖心；8_4、模擬裂縫的一端設(shè)置有進(jìn)液口 ；8-5、模擬裂縫的另一端的出液口 ；8-6、墊塊；8-7、移動螺母；8-8、濾失管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但不限于此。實(shí)施例I、一種泡沫壓裂液動態(tài)濾失的測量裝置，該裝置包括在恒溫箱13內(nèi)設(shè)置的盛放標(biāo)準(zhǔn)鹽水的中間容器2、盛放氮?dú)獾闹虚g容器3、盛放壓裂液的中間容器4和內(nèi)含柱狀巖心8-3的巖心夾持器套筒8 ；在所述巖心夾持器套筒8的入口端設(shè)置有模擬裂縫8-2，在所述模擬裂縫8-2的一端設(shè)置有進(jìn)液口 8-4，在所述模擬裂縫的另一端通過回壓閥7與出液口 8-5相連通，所述模擬裂縫8-2的一側(cè)壁與絲堵8-1相連，所述模擬裂縫的另一側(cè)壁與柱狀巖心8-3的端面相連，所述柱狀巖心8-3的另一端面通過墊塊8-6和移動螺母8-6與濾失管8-8相連；所述盛放標(biāo)準(zhǔn)鹽水的中間容器2與巖心夾持器套筒8內(nèi)的進(jìn)液口 8-5相連；所述盛放氮?dú)獾闹虚g容器3和盛放壓裂液的中間容器4通過泡沫發(fā)生器6與巖心夾持器套筒8內(nèi)的進(jìn)液口 8-4相連，所述巖心夾持器套筒8的濾失管8-8相連依次連接液態(tài)收集瓶和氣態(tài)收集瓶。所述的液態(tài)收集瓶為內(nèi)部裝有消泡劑的錐形瓶9。所述的氣態(tài)收集瓶為量筒11。實(shí)施例2、本實(shí)施例中所用到的柱狀巖心的參數(shù)如表I所示表I :柱狀巖心的參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種泡沫壓裂液動態(tài)濾失的測量裝置，其特征在于，該裝置包括在恒溫箱內(nèi)設(shè)置的盛放標(biāo)準(zhǔn)鹽水的中間容器、盛放氮?dú)獾闹虚g容器、盛放壓裂液的中間容器和內(nèi)含柱狀巖心的巖心夾持器套筒； 在所述巖心夾持器套筒的入口端設(shè)置有模擬裂縫，在所述模擬裂縫的一端設(shè)置有進(jìn)液口，在所述模擬裂縫的另一端通過回壓閥與出液口相連通，所述模擬裂縫的一側(cè)壁與絲堵相連，所述模擬裂縫的另一側(cè)壁與柱狀巖心的端面相連，所述柱狀巖心的另一端面通過墊塊和移動螺母8-6與濾失管相連； 所述盛放標(biāo)準(zhǔn)鹽水的中間容器與巖心夾持器套筒內(nèi)的進(jìn)液口相連； 所述盛放氮?dú)獾闹虚g容器和盛放壓裂液的中間容器通過泡沫發(fā)生器與巖心夾持器套筒內(nèi)的進(jìn)液口相連，所述巖心夾持器套筒的濾失管相連依次連接液態(tài)收集瓶和氣態(tài)收集瓶。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種泡沫壓裂液動態(tài)濾失的測量裝置，其特征在于，所述的液態(tài)收集瓶為內(nèi)部裝有消泡劑的錐形瓶。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種泡沫壓裂液動態(tài)濾失的測量裝置，其特征在于，所述的氣態(tài)收集瓶為量筒。
4.一種利用如權(quán)利要求I所述測量裝置測量泡沫壓裂液動態(tài)濾失的方法，其特征，該方法包括步驟如下 (1)測定待測柱狀巖心的氣體滲透率并對其稱重； (2)測定柱狀巖心的孔隙度 a.對柱狀巖心在真空度為O.IMPa條件下抽空5小時； b.用標(biāo)準(zhǔn)鹽水在地層壓力條件下對柱狀巖心進(jìn)行加壓飽和； c.將飽和好標(biāo)準(zhǔn)鹽水的柱狀巖心外表的水擦掉、稱重，計算得到柱狀巖心的孔隙度； (3)將柱狀巖心放入巖心夾持器套筒中，連接好管線，對柱狀巖心加圍壓至模擬地層壓力，關(guān)閉回壓閥； (4)打開恒溫箱，設(shè)定為模擬地層溫度，恒溫4h； (5)向巖心夾持器套筒內(nèi)的進(jìn)液口注入標(biāo)準(zhǔn)鹽水，待標(biāo)準(zhǔn)鹽水通過柱狀巖心的流量恒 K4VP定后，記錄標(biāo)準(zhǔn)鹽水的注入壓力P和注入流量Q，根據(jù)達(dá)西公式:Q = ~^計算柱狀巖心的LiL液體滲透率； (6)打開回壓閥，加回壓3.5MPa，分別打開所述盛放氮?dú)獾闹虚g容器和盛放壓裂液的中間容器下方的泵，控制氣液流量保持固定的泡沫質(zhì)量，所述泡沫質(zhì)量是指泡沫壓裂液的氣液比； (7)調(diào)節(jié)回壓閥，保持柱狀巖心前后壓差恒定，從第一滴濾液開始流出時記錄濾失時間，并且同時記錄液態(tài)收集瓶的質(zhì)量，即液體濾失量；和氣態(tài)收集瓶內(nèi)的體積變化，即氣體濾失量； (8)測柱狀巖心損害后的滲透率用標(biāo)準(zhǔn)鹽水反向驅(qū)替柱狀巖心，直至標(biāo)準(zhǔn)鹽水的注入壓力和注入流量穩(wěn)定，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計算柱狀巖心損害后的液體滲透率； (9)將柱狀巖心取出，表面擦干，放入烘箱中烘干，測定柱狀巖心損害后的氣體滲透率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泡沫壓裂液動態(tài)濾失的測量裝置及工作方法，該裝置包括在恒溫箱內(nèi)設(shè)置的盛放標(biāo)準(zhǔn)鹽水的中間容器、盛放氮?dú)獾闹虚g容器、盛放壓裂液的中間容器和內(nèi)含柱狀巖心的巖心夾持器套筒；在所述巖心夾持器套筒的入口端設(shè)置有模擬裂縫，在所述模擬裂縫的一端設(shè)置有進(jìn)液口，在所述模擬裂縫的另一端通過回壓閥與出液口相連通，所述模擬裂縫的一側(cè)壁與絲堵相連，所述模擬裂縫的另一側(cè)壁與柱狀巖心的端面相連，所述柱狀巖心的另一端面通過墊塊和移動螺母8-6與濾失管相連。本發(fā)明利用新型巖心夾持器套筒對柱狀巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測量，保持泡沫壓裂液在濾失實(shí)驗(yàn)中的氣液完整性，準(zhǔn)確根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算泡沫壓裂液中液體濾失系數(shù)和氣體濾失系數(shù)。
文檔編號G01N15/08GK102914494SQ20121043435
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月3日
發(fā)明者李兆敏, 李賓飛, 李愛山, 安志波, 陳凱, 李松巖 申請人:中國石油大學(xué)(華東)