一種二氧化碳無水壓裂液濾失性測試系統及測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及二氧化碳無水壓裂技術領域，特別涉及一種二氧化碳無水壓裂液濾失特性測試系統及測試方法。
【背景技術】
[0002]隨著對非常規油氣藏的大規模勘探與開發，二氧化碳無水壓裂技術由于其“無水壓裂”的特性正備受關注。0)2無水壓裂技術主要是用CO 2無水壓裂液(主要由液態CO 2和極少量化學添加劑混合形成)代替傳統水基壓裂液進行儲層改造，在提高體積壓裂改造效果的同時，能夠有效保護儲層，并且節約大量的水資源。
[0003]然而，現場作業常需測取CO2無水壓裂液的關鍵流體參數，其中便包括濾失特性參數。然而，實際的市場調研發現，現有的施工現場作業，或實驗室研宄常用的壓裂液濾失特性測試儀器，多是主要針對常規液體壓裂液，例如凍膠壓裂液或清水壓裂液，對專門測試這種氣體壓裂液的濾失特性的系統與設備，市場上還沒有成熟的產品銷售。
[0004]因此，我們發明了本測試系統。本發明一一一種二氧化碳無水壓裂液濾失特性測試系統及測試方法，可以模擬并測試不同添加劑配比下的二氧化碳無水壓裂液，在不同溫度、不同壓力和不同剪切速度的情況下，壓裂液對儲層巖心的濾失程度。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術存在的設備及儀器不配套的問題，本發明的目的在于提供了一種二氧化碳無水壓裂液濾失特性測試系統及測試方法，專門測試不同添加劑配比下的二氧化碳無水壓裂液在不同溫度、不同壓力和不同剪切速度下的濾失參數。
[0006]為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為:
[0007]一種二氧化碳無水壓裂液濾失特性測試系統，包括第一氣瓶I和第二氣瓶2，且第一氣瓶I和第二氣瓶2分別通過第一閥3和第二閥4與氣體凈化器5的入口連接，氣體凈化器5的出口依次連接體積流量計6、制冷系統7和液態0)2儲罐8，其中制冷系統7和液態CO2儲罐8并聯后再串接有第三閥9，液態CO2儲罐8出口同時連接有第四閥10、第一壓力計12、第五閥11和0)2泵13，然后匯合另一條依次連接有試劑罐14和試劑泵15的支路，在兩條支路匯合處連接有安全閥16，并依次連接第一單向閥17、預熱器18、溫度計19和第二壓力計20后進入恒溫箱21，在恒溫箱21出口依次連接有致冷機38、質量流量計39和壓裂液回收裝置40。
[0008]所述恒溫箱21內部，與第二壓力計20相連接的是第六閥22，第六閥22后依次連接有濾失儀23、巖心夾持器24、第三壓力計25、第七閥26，之后連接恒溫箱出口處的外界致冷機38 ;在濾失儀23入口處和巖心夾持器24的出口端安裝有壓差傳感器27 ;在巖心夾持器24出口處連接有加回壓支路，加回壓支路上依次連接回壓閥28、第二單向閥29、回壓泵30和隊瓶31 ;在巖心夾持器24側面連接有加環壓支路，加環壓支路上依次連接第八閥32、環壓跟蹤泵33、過濾器34和儲液罐35，且儲液罐35的下端設計有第十閥37 ;同時，在濾失儀23下端設計有第九閥36。
[0009]所述系統能夠根據需要靈活選擇氣瓶即第一氣瓶I和第二氣瓶2的接入數量，同時氣瓶口向下傾斜固定放置；所述液態CO2儲罐8在制冷系統7內，為制冷系統7 —部分。
[0010]所述氣體凈化器5是為了除去原始二氧化碳氣體中混雜的水蒸氣等雜質，提純獲得高精度二氧化碳氣體。
[0011]所述0)2泵13和試劑泵15采用恒速恒壓泵，能夠根據需要，選擇適當規格型號，設定排量，調節泵的流量，最大工作壓力為70MPa以上，從而能夠模擬壓裂施工時地層壓力條件。
[0012]所述安全閥16安裝在0)2泵13和試劑泵15的兩條支路匯合處。
[0013]所述第一單向閥17只允許流經安全閥16的壓裂液流向系統恒溫箱相關管線，而第二單向閥29只允許N2向巖心夾持器24末端施加回壓。
[0014]所述恒溫箱21自帶加熱系統和保溫系統，溫度范圍為-30?150°C，能夠根據需要，選擇適當型號，設定溫度，調節測試時壓裂液溫度，從而模擬地層溫度條件，且恒溫箱21內部溫度可以由其溫度傳感器實時監測。
[0015]所述濾失儀23可以采用與美國Core Lab/Temco公司FDS-800型動態濾失及地層傷害評價系統這一設備相同的對應結構。
[0016]所述隊瓶31為回壓容器，通過回壓泵30泵入，用于向巖心夾持器施加回壓。
[0017]所述儲液罐35內儲存液體可為一般清水，通過環壓跟蹤泵33，用于向巖心夾持器施加圍壓。
[0018]所述致冷機38，安裝在恒溫箱21的出口處，其后連接質量流量計39，且其間距離盡量短，用于壓裂液排出量的測量。
[0019]所述壓裂液回收裝置40，用于回收處理壓裂液，防止污染。
[0020]所述系統所有連接管線均采用316L管線；且第二壓力計20到致冷機38間的所有相關儀器和管線均放于恒溫箱中。
[0021]所述體積流量計6、第一壓力計12、0)2泵13、試劑泵15、預熱器18、溫度計19、第二壓力計20、濾失儀23、第三壓力計25、壓差傳感器27以及回壓泵30、環壓跟蹤泵33、致冷機38和質量流量計39均連接數字采集控制卡，用于采集壓力、溫度、流量、壓差、轉速和泵排量，采集的數據經處理生成原始數據報表，分析報表以及曲線圖，同時生成數據庫文件格式以便用戶靈活使用。
[0022]上述所述的二氧化碳無水壓裂液濾失特性測試系統的測試方法，第一氣瓶1、第二氣瓶2中CO2氣體經過制冷系統7液化儲存在在液態CO 2儲罐8中，然后由CO 2泵13輸入管路，并與來自另一支路由試劑泵15泵入管路的事先配置好的不同配比的添加劑相混合，經預熱器18適量加熱后進入恒溫箱21中，通過調節恒溫箱21的加熱系統的溫度和內部濾失儀23的剪切轉動參數，來測試不同添加劑配比形成的、不同壓力下的二氧化碳無水壓裂液在不同溫度和不同剪切速度下的濾失特性，最后通過致冷機38將其排出液制冷液化，并通過緊鄰的質量流量計39測量后流入壓裂液回收裝置40 ;測試過程中壓裂液總量為管路輸入總量，即0)2泵13和試劑泵15總輸入量；壓裂液測試后剩余量為質量流量計39測量值；一定時間內，在一定壓力和溫度條件下的，二氧化碳無水壓裂液總輸入量與其剩余量的差值便是所需要的動濾失量。
[0023]和現有技術相比較，本發明具備如下優點:
[0024](I)本發明是專門模擬并測試不同添加劑配比形成的二氧化碳無水壓裂液在不同溫度、不同壓力和不同剪切速度的情況下壓裂液對儲層巖心的濾失程度。
[0025](2)本系統中第一氣瓶I和第二氣瓶2能夠根據需要靈活選擇氣瓶接入數量，存放時應將氣瓶瓶口向下傾斜存放，以便于更好地保存和輸出液化的二氧化碳。
[0026](3)本系統中制冷系統7可以根據實驗需要設定制冷溫度。它內置的液態0)2儲罐8可以儲存一定量液態CO2。
[0027](4)本系統中0)2泵13和試劑泵15采用恒速恒壓泵，可以根據需要，選擇適當規格型號，設定排量，調節泵的流量；最大工作壓力為70MPa以上，能夠模擬壓裂施工時地層壓力條件。
[0028](5)本系統中安全閥16安裝在0)2泵13和試劑泵15的兩條支路匯合處，防止由0)2泵13泵入的液態二氧化碳和由試劑泵15泵入的不同配比的添加劑混合后增壓形成的高壓流體損壞管路，保障管路安全。
[0029](6)本系統中第一單向閥17能夠有效防止泵入管路的高壓壓裂液回流，而第二單向閥29能夠有效防止測試時在驅替壓差作用下壓裂液進入加回壓支路。
[0030](7)本系統中恒溫箱21自帶加熱系統和保溫系統，溫度范圍為-30?150°C，便于控制壓裂液測試溫度；能夠根據需要，選擇適當型號，設定溫度，調節測試時壓裂液溫度，從而模擬地層溫度條件，且恒溫箱21內部溫度可以由其溫度傳感器實時監測。
[0031](8)本系統中濾失儀23與巖心夾持器24連接處為一圓形孔道，巖心暴漏出來一個端面；濾失儀23，內含剪切系統，通過控制交流伺服電機參數，可以帶動與電機相連接的轉動剪切機構，且圓柱狀攪拌槳能夠顯著降低對高分子添加劑的剪切破壞，從而可使得壓裂液流過巖心端面并模擬不同速度的剪切流動，同時在壓差作用下使得巖心端面上形成濾餅，能夠模擬動態濾失過程。
[0032](9)本系統中壓差傳感器27安裝在濾失儀23入口處和巖心夾持器24的出口端，相較于在不同測點部置壓力計側壓差，壓差傳感器測量更為精確，相對誤差較小。
[0033](10)本系統中隊瓶31為回壓容器，通過回壓泵30向巖心夾持器24施加回壓，不僅具有氣體控制壓力控制精度較高的優點，并且凡的物理性質和化學性質都比較穩定。
[0034](11)本系統中儲液罐35，通過環壓跟蹤泵33向巖心夾持器24施加圍壓，控制巖心夾持器24的圍壓始終大于軀體壓差，從而能夠模擬有效的動態濾失過程。
[0035](12)本系統中致冷機38，安裝在恒溫箱21的出口處，其后連接質量流量計39，且其間距離盡量短，能夠提高二氧化碳無水壓裂液的排出液的計量精確度，減小測試誤差。
[0036](13)本系統中壓裂液回收裝置40，用于回收并處理廢棄的測試壓裂液，防止對實驗室和環境造成污染。
[0037](14)本系統中第九閥36和第十閥37，不僅可以用于排空清洗容器內部，而且第九閥36還可以用于常規液體壓裂液的靜濾失測量。
[0038](15)本系統所有連接管線均采用316L管線；且第二壓力計20到致冷機38期間的所有相關儀器和管線均放于恒溫箱中，相較于保溫管線，恒溫箱更能夠維持測試時