滑溜水作用下頁巖氣井產量模擬測試儀的制作方法

本發明涉及石油行業室內滑溜水作用下的頁巖氣的模擬產氣量，尤其是一種通過簡單計算得出產量模擬結果、產量模擬精度高和模擬周期短的滑溜水作用下頁巖氣井產量模擬測試儀。

背景技術：

滑溜水是一種由清水及各種添加劑【添加劑為降阻劑、增效劑、防膨劑、消泡劑等成份】組成的壓裂體液；其中水占總體積的99%，而添加劑成分直接決定著壓裂液的性能。

滑溜水壓裂液是目前美國頁巖氣開發作業中應用最多的壓裂液技術，不但使壓裂費用較大型水力壓裂減少65%，而且使頁巖氣最終采收率提高20%。滑溜水壓裂主要適用于水敏性小、儲層天然裂縫較發育、脆性較高的地層。 較之于常規凍膠壓裂它摩阻低，能在高排量下大量泵入，形成更深、更為復雜的裂縫網絡，獲得更大的改造儲層體積，壓裂效果更好；殘渣少，對儲層傷害小；易返排，易回收，環境污染小；成本低。

然而，目前也還存在一些不足，亟待解決，如：由于粘度較低而導致攜砂能力較差； 壓裂時形成的縫網寬度較窄；要求泵注排量高；效率低、用量大等。在實際應用中，應根據壓裂施工的儲層特性及實驗來確定滑溜水壓裂液的配方。在選擇壓裂液添加劑時，要考慮泵速及壓力、 粘土含量、硅質和有機質碎屑的生成潛力、微生物活動以及壓裂液返排等因素。

目前沒有專門的儀器來模擬滑溜水作用下頁巖井氣產量。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種通過簡單計算得出產量模擬結果、產量模擬精度高和模擬周期短的滑溜水作用下頁巖氣井產量模擬測試儀。

為實現上述目的而采用的技術方案是這樣的，即一種滑溜水作用下頁巖氣井產量模擬測試儀，其中：包括依次串接在管線上的氣源供給系統、氣體增壓存儲系統、位于恒溫箱中的恒溫測量模擬測試系統和滑溜水注入系統，所述恒溫箱由具有PLC控制片的控制柜控制運行；

所述氣體增壓存儲系統與恒溫測量模擬測試系統之間的管線上通過旁通管a連接有抽真空系統；

所述氣源供給系統又包括三條相同的氣源供給線，所述氣源供給線還包括依次串接在氣源供給管線上的氣瓶、單向閥Ⅰ，該三條相同的氣源供給線的出氣端通過控制閥a與氣體增壓存儲系統的進氣端連通；

所述氣體增壓存儲系統又包括氣體增壓泵和三條相同的氣體增壓線，所述氣體增壓線還包括依次串接在氣體增壓管線上的緩沖罐、調壓閥、單向閥Ⅱ；所述三條相同的氣體增壓線的進氣端通過控制閥b與氣體增壓泵連通，該三條相同的氣體增壓管線的出氣端通過控制閥c與恒溫測量模擬測試系統的進氣端和抽真空系統的進氣端連通；所述氣體增壓泵的進氣端與控制閥a連通；

所述恒溫測量模擬測試系統又包括至少一條恒溫測量模擬測試線，所述恒溫測量模擬測試線還包括依次設置在恒溫測量模擬計量管線上的控制閥Ⅰ、控制閥Ⅱ和流量計，位于流量計后端的恒溫測量模擬計量管線的出氣端與大氣或氣體收集容器連通；在控制閥Ⅰ前端的恒溫測量模擬計量管線上通過第一旁通管連接有參考缸，在參考缸上設置有與參考缸內腔連通的壓力傳感器Ⅰ和溫度傳感器Ⅰ，在第一旁通管上設置有控制閥Ⅲ；在控制閥Ⅰ與控制閥Ⅱ之間的恒溫測量模擬計量管線上通過第二旁通管連接有樣品缸，在樣品缸上設置有與樣品缸內腔連通的壓力傳感器Ⅱ和溫度傳感器Ⅱ，在樣品缸的兩端的第二旁通管上設置有控制閥Ⅳ和控制閥Ⅴ，該樣品缸通過控制閥Ⅴ與滑溜水注入系統連通；

所述滑溜水注入系統又包括滑溜水注入管線，在滑溜水注入管線上設置有中間容器和注入泵，所述注入泵的輸出端與中間容器內腔中的活塞連接；

所述抽真空系統又包括依次串接在旁通管a上的真空泵和控制閥Ⅵ，所述真空泵位于旁通管a的最前端, 該旁通管a上設置有放空管Ⅰ，該排空管Ⅰ上設置放空閥Ⅰ；

所述氣源供給系統中的單向閥Ⅰ，所述氣體增壓存儲系統中的氣體增壓泵、調壓閥、單向閥Ⅱ，所述恒溫測量模擬測試系統中的控制閥Ⅰ、控制閥Ⅱ、控制閥Ⅲ、控制閥Ⅳ、控制閥Ⅴ、壓力傳感器Ⅰ、溫度傳感器Ⅰ、壓力傳感器Ⅱ和溫度傳感器Ⅱ，所述抽真空系統中的真空泵和控制閥Ⅵ，所述滑溜水注入系統中的注入泵和放空閥Ⅰ均由具有PLC控制片的控制柜控制運行；

所述具有PLC控制片的控制柜上具有顯示器和輸入操作面板。

本發明由于上述結構而具有的優點是：通過簡單計算得出產量模擬結果、產量模擬精度高和模擬周期短。

附圖說明

本發明可以通過附圖給出的非限定性實施例進一步說明。

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明采用電磁閥的控制框圖。

圖3為本發明采用液壓閥或氣壓閥的控制框圖。

圖4為本發明樣品缸的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

參見附圖1至4，圖中的滑溜水作用下頁巖氣井產量模擬測試儀，其中：包括依次串接在管線上的氣源供給系統A、氣體增壓存儲系統B、位于恒溫箱中的恒溫測量模擬測試系統C和滑溜水注入系統D，所述恒溫箱由具有PLC控制片的控制柜1控制運行；

所述氣體增壓存儲系統B與恒溫測量模擬測試系統C之間的管線上通過旁通管a2連接有抽真空系統E；

所述氣源供給系統A又包括三條相同的氣源供給線，所述氣源供給線還包括依次串接在氣源供給管線上的氣瓶3、單向閥Ⅰ4，該三條相同的氣源供給線的出氣端通過控制閥a5與氣體增壓存儲系統B的進氣端連通；

所述氣體增壓存儲系統B又包括氣體增壓泵6和三條相同的氣體增壓線，所述氣體增壓線還包括依次串接在氣體增壓管線上的緩沖罐7、調壓閥8、單向閥Ⅱ9；所述三條相同的氣體增壓線的進氣端通過控制閥b37與氣體增壓泵2連通，該三條相同的氣體增壓管線的出氣端通過控制閥c10與恒溫測量模擬測試系統C的進氣端和抽真空系統E的進氣端連通；所述氣體增壓泵2的進氣端與控制閥a2連通；

所述恒溫測量模擬測試系統C又包括至少一條恒溫測量模擬測試線，所述恒溫測量模擬測試線還包括依次設置在恒溫測量模擬計量管線上的控制閥Ⅰ11、控制閥Ⅱ12和流量計13，位于流量計13后端的恒溫測量模擬計量管線的出氣端與大氣或氣體收集容器連通；在控制閥Ⅰ11前端的恒溫測量模擬計量管線上通過第一旁通管連接有參考缸14，在參考缸14上設置有與參考缸14內腔連通的壓力傳感器Ⅰ15和溫度傳感器Ⅰ16，在第一旁通管上設置有控制閥Ⅲ17；在控制閥Ⅰ11與控制閥Ⅱ12之間的恒溫測量模擬計量管線上通過第二旁通管連接有樣品缸18，在樣品缸18上設置有與樣品缸18內腔連通的壓力傳感器Ⅱ19和溫度傳感器Ⅱ20，在樣品缸的兩端的第二旁通管上設置有控制閥Ⅳ21和控制閥Ⅴ22，該樣品缸18通過控制閥Ⅴ22與滑溜水注入系統D連通；

所述滑溜水注入系統D又包括滑溜水注入管線，在滑溜水注入管線上設置有中間容器25和注入泵26，所述注入泵26的輸出端與中間容器25內腔中的活塞連接；

所述抽真空系統E又包括依次串接在旁通管a2上的真空泵23和控制閥Ⅵ24，所述真空泵23位于旁通管a2的最前端, 該旁通管a2上設置有放空管Ⅰ34，該排空管Ⅰ34上設置放空閥Ⅰ35；

所述氣源供給系統A中的單向閥Ⅰ4，所述氣體增壓存儲系統B中的氣體增壓泵6、調壓閥8、單向閥Ⅱ9，所述恒溫測量模擬測試系統C中的控制閥Ⅰ11、控制閥Ⅱ12、控制閥Ⅲ17、控制閥Ⅳ21、控制閥Ⅴ22、壓力傳感器Ⅰ15、溫度傳感器Ⅰ16、壓力傳感器Ⅱ19和溫度傳感器Ⅱ20，所述抽真空系統E中的真空泵23和控制閥Ⅵ24，所述滑溜水注入系統D中的注入泵26和放空閥Ⅰ35均由具有PLC控制片的控制柜1控制運行；

所述具有PLC控制片的控制柜1上具有顯示器27和輸入操作面板28。

為便于系統簡化，上述實施例中，優選地：所述恒溫測量模擬測試系統C的恒溫測量模擬測試線為兩條或兩條以上時，每一條恒溫測量模擬測試線上的進氣端通過控制閥d38與控制閥c10連通，每一條恒溫測量模擬測試線上的控制閥Ⅴ22均通過控制閥e29與滑溜水注入系統D連通；

所述控制閥d38和控制閥e29由具有PLC控制片的控制柜1控制啟閉。

為實現多參數【不同配方的滑溜水，不同量的滑溜水】的模擬，上述實施例中，優選地：所述恒溫測量模擬測試系統C的恒溫測量模擬測試線位五條。

為進一步保證安全性，上述實施例中，優選地：所述控制閥c10上連接有一根放空管Ⅱ30，該放空管Ⅱ30上設置有放空閥Ⅱ31，該放空閥Ⅱ31由具有PLC控制片的控制柜1控制啟閉。

為實現同一次模擬中不同壓力情況下模擬，上述實施例中，優選地：所述恒溫測量模擬測試系統C的每一條恒溫測量模擬測試線上均設置有回壓閥32，該回壓閥32位于控制閥Ⅱ12與流量計13之間的恒溫測量模擬計量管線上，所述回壓閥32【回壓閥32采用電磁閥，或者采用液壓閥或氣壓閥，所述液壓閥或氣壓由對應的液壓泵或氣壓泵控制啟閉，所述液壓泵或氣壓泵由具有PLC控制片的控制柜1控制運行，所述液壓泵或氣壓泵與高壓液壓源或高壓氣壓源連通。】由具有PLC控制片的控制柜1控制啟閉。

為進一步縮短模擬時間，上述實施例中，優選地：所述恒溫測量模擬測試系統C的每一條恒溫測量模擬測試線上的樣品缸18又包括罐體1801、將罐體1801的內腔封閉的蓋體1803，固定于罐體1801的內腔底部的巖心杯1804，該巖心杯1804的外徑與罐體1801的內腔的內徑匹配，所述巖心杯1804的頂部端口低于罐體1801的頂部端口，巖心杯1804的頂部端口與罐體1801的頂部端口之間形成有充氣腔1805，巖心杯1804的內腔為頁巖安裝腔1806；所述壓力傳感器Ⅱ19和溫度傳感器Ⅱ20均與充氣腔1805或頁巖安裝腔1806連通；

穿過蓋體1803的第二旁通管的出氣口位于充氣腔1805中，依次穿過罐體1801底板和巖心杯1804底板的滑溜水注入系統D的滑溜水注入管線的出液端位于頁巖安裝腔1806中。

為保證滑溜水出液均衡，上述實施例中，優選地：位于頁巖安裝腔1806中的滑溜水注入管線的管段上均布有出液孔1807，該位于頁巖安裝腔1806中的滑溜水注入管線的端口中具有密封堵頭。

為保護真空泵23的使用安全性，防止回流液倒灌進入真空泵23，上述實施例中，優選地：所述抽真空系統E的真空泵23與控制閥Ⅵ24的旁通管a2上設置有真空容器33。

為進一步實現自動化，上述實施例中，優選地：所述氣源供給系統A的每一條氣源供給線上的氣瓶3與單向閥Ⅰ4之間設置有由具有PLC控制片的控制柜1控制啟閉的控制閥Ⅶ36；

所述單向閥Ⅰ4、調壓閥8、單向閥Ⅱ9、控制閥Ⅰ11、控制閥Ⅱ12、控制閥Ⅲ17、控制閥Ⅳ21、控制閥Ⅴ22、控制閥Ⅵ24、放空閥Ⅰ35和控制閥Ⅶ36均采用電磁閥；

或者所述單向閥Ⅰ4、調壓閥8、單向閥Ⅱ9、控制閥Ⅰ11、控制閥Ⅱ12、控制閥Ⅲ17、控制閥Ⅳ21、控制閥Ⅴ22、控制閥Ⅵ24、放空閥Ⅰ35、控制閥Ⅶ36采用液壓閥或氣壓閥，所述液壓閥或氣壓由對應的液壓泵或氣壓泵控制啟閉，所述液壓泵或氣壓泵由具有PLC控制片的控制柜1控制運行，所述液壓泵或氣壓泵與高壓液壓源或高壓氣壓源連通。

上述所有實施例中涉及的部件均可以從市場銷售獲得，所述滑溜水注入系統F為市場銷售自動注射結構。

下面我們以所述氣源供給系統A的氣源供給線為三條【該三條氣源供給線分別是G₁、G₂ 、G₃】，所述氣體增壓存儲系統B的氣體增壓線為三條【該三條氣體增壓線分別是Z₁、Z₂、Z₃】，所述恒溫測量模擬測試系統C的恒溫測量模擬測試線為五條【該五條恒溫測量模擬測試線分別是M₁、M₂ 、M₃、M₄ 、M₅】來描述模擬計量過程。

準備工作：在氣源供給系統A的第一條氣源供給線G₁的氣瓶3中加入氮氣，在氣源供給系統A的第二條氣源供給線G₂的氣瓶3中加入氦氣，在氣源供給系統A的第三條氣源供給線G₃的氣瓶3中加入甲烷，以甲烷模擬天然氣。

【1】、各恒溫測量模擬測試線對應的系統體積V₁標定；

第一步：具有PLC控制片的控制柜1控制各恒溫測量模擬測試線的控制閥Ⅰ11、控制閥Ⅲ17、控制閥Ⅳ21，氣體增壓線Z₁的調壓閥8、單向閥Ⅱ9，以及抽真空系統E的控制閥Ⅵ24開啟打開控制閥c10、控制閥b37；具有PLC控制片的控制柜1控制各恒溫測量模擬測試線的控制閥Ⅱ12和控制閥Ⅴ22關閉，打開，控制閥d38【即讓氣體增壓線Z₁與五條恒溫測量模擬測試線M₁、M₂ 、M₃、M₄ 、M₅連通】，啟動真空泵23對恒溫測量模擬測試線M₁抽真空和氣體增壓線Z₁；抽完真空后，關閉控制閥b37和控制閥d38和控制閥Ⅵ24；

第二步：具有PLC控制片的控制柜1控制氣源供給線G1的控制閥Ⅶ36、單向閥Ⅰ4，氣體增壓線Z₁的調壓閥8、單向閥Ⅱ9、各恒溫測量模擬測試線的控制閥Ⅰ11、控制閥Ⅲ17、控制閥Ⅳ21開啟，控制各恒溫測量模擬測試線的控制閥Ⅱ12和控制閥Ⅴ22關閉，使得第一條氣源供給線G₁的氣瓶3中的氮氣進入各恒溫測量模擬測試線，填充滿后關閉控制閥d38，打開控制閥Ⅱ12，從流量計13得到各恒溫測量模擬測試線的系統體積V₁；

即五條恒溫測量模擬測試線M₁、M₂、M₃、M₄、M₅的系統體積分別為V₁₁、V₂₁、V₃₁、V₄₁、V₅₁ 。

【2】、各恒溫測量模擬測試線中參考缸14系統體積V₂標定；

第一步：具有PLC控制片的控制柜1控制恒溫測量模擬測試線M1的控制閥Ⅲ17、控制閥Ⅳ21，氣體增壓線Z₁的調壓閥8、單向閥Ⅱ9，以及抽真空系統E的控制閥Ⅵ24開啟打開控制閥c10、控制閥b37；具有PLC控制片的控制柜1控制各恒溫測量模擬測試線的控制閥Ⅰ11、控制閥Ⅱ12和控制閥Ⅴ22關閉，打開控制閥d38【即讓氣體增壓線Z₁與五條恒溫測量模擬測試線M₁、M₂ 、M₃、M₄ 、M₅各自的參考缸14連通】，啟動真空泵23對恒溫測量模擬測試線M₁抽真空和氣體增壓線Z₁；抽完真空后，關閉控制閥b37和控制閥d38和控制閥Ⅵ24；

第二步：具有PLC控制片的控制柜1控制氣源供給線G2的控制閥Ⅶ36、單向閥Ⅰ4，氣體增壓線Z₂的調壓閥8、單向閥Ⅱ9、各恒溫測量模擬測試線、控制閥Ⅲ17開啟，控制各恒溫測量模擬測試線的控制閥Ⅰ11，使得第一條氣源供給線G₂的氣瓶3中的氦氣進入各恒溫測量模擬測試線的參考缸14，填充滿后關閉控制閥d38和控制閥Ⅳ21，打開控制閥Ⅰ11、控制閥Ⅱ12，從流量計13得到各恒溫測量模擬測試線的參考缸14的系統體積V₂；

即五條恒溫測量模擬測試線M1、M2 、M3、M4 、M5的系統體積分別為V₁₂ 、V₂₂、V₃₂、V₄₂、V₅₂。

【3】、計算各恒溫測量模擬測試線中樣品缸18系統體積V _M；

V _{M 3}= V₁- V₂

即五條恒溫測量模擬測試線M₁、M₂ 、M₃、M₄ 、M₅的樣品缸18系統體積分別為：

V _{M 1}= V₁₁- V₁₂

V _{M 2}= V₂₁- V₂₂

V _{M 3}= V₃₁- V₃₂

V _{M 4}= V₄₁- V₄₂

V _{M 5}= V₅₁- V_52。

在各恒溫測量模擬測試線中的樣品缸18中加入采集的巖心，該巖心的體積為V_巖【該V_巖采用常規方法得到】。

【4】、計算各恒溫測量模擬測試線中樣品缸18的實際系統體積V _M實；

V _M實=V _M-V_巖

即五條恒溫測量模擬測試線M₁、M₂ 、M₃、M₄ 、M₅的樣品缸18的實際系統體積系統體積分別為：

V _{M 1實}= V _{M 1}-V_巖1

V _{M 2實}= V _{M 2}- V_巖2

V _{M 3實}= V _{M 3}- V_巖3

V _{M 4實}= V _{M 4}- V_巖4

V _{M 5實}= V _{M 5}- V_巖5 。

【5】、模擬各條件下產氣量V_產。

第一步、根據各種因素所需要求，在具有PLC控制片的控制柜1上輸入各種因素所需的溫度、壓力，在滑溜水注入系統D的中間容器25中裝入滑溜水，并分別對各溫測量模擬計量線M₁、M₂ 、M₃、M₄ 、M₅的根據自身需要注入等量或不等量，注入不同配方或同配方的滑溜水；

第二步、抽真空處理，參照上述【1】中各恒溫測量模擬測試線對應的系統體積V1標定的第一步；

第三步，參照上述【1】中各恒溫測量模擬測試線對應的系統體積V1標定的第二步，得到V_產；

通過V₁-V_產- V _M實= V_巖吸

也可以得到精確的巖心的吸附數據，即V_巖吸。

顯然，上述所有實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明所述實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范疇。

綜上所述，由于上述結構，通過簡單計算得出產量模擬結果、產量模擬精度高和模擬周期短。