一种压裂液摩阻在线检测装置及测试方法
阅读说明：本技术 一种压裂液摩阻在线检测装置及测试方法 (Online detection device and method for friction resistance of fracturing fluid ) 是由 高云伟 胡泽文 钟涛 郝玉芬 胡光 尚琼 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明属于石油领域实验装置技术领域,具体涉及一种压裂液摩阻在线检测装置,包括测试盘管,测试盘管的进口端经进液管线连接混砂车出口端接头,测试盘管的出口端经出液管线连接混砂车入口端接头,出液管线中接入有流量传感器,测试盘管的进口端与出口端之间连接有压差传感器。还涉及一种压裂液摩阻测试方法,通过流量传感器和压差传感器获取的流量-压差系列数据,通过压降法计算压裂液的实时摩阻和减阻性能。本发明可以直接利用压裂现场混砂车出口和入口间的压差作为动力来源,无需额外配备任何动力系统,且不造成压裂液的泄露和浪费,可准确计算出现场条件下的压裂液摩阻和减阻率数据,指导现场配液和压裂施工。(The invention belongs to the technical field of experimental devices in the field of petroleum, and particularly relates to an online detection device for friction resistance of fracturing fluid. The real-time friction resistance and the resistance reduction performance of the fracturing fluid are calculated through a pressure drop method through flow-pressure difference series data acquired by a flow sensor and a pressure difference sensor. The invention can directly utilize the pressure difference between the outlet and the inlet of the fracturing site sand mixing truck as a power source, does not need to be additionally provided with any power system, does not cause leakage and waste of the fracturing fluid, and can accurately calculate the friction resistance and the drag reduction rate data of the fracturing fluid under the site condition to guide the site fluid preparation and the fracturing construction.)
技术领域
本发明属于石油领域实验装置技术领域，具体涉及一种压裂液摩阻在线检测装置及测试方法。
背景技术
根据国内外现状调研情况及装备需求情况，国内外测试减阻率普遍基于相似模拟的原则，在流动速率、剪切速率、雷诺数等相近的条件下采用室内大型环路减阻率测试仪进行测试，存在过程较为复杂，仪器占地面积大，实验操作环境要求高，同时测试用液量较大、测试周期长、程序复杂、对操作人员要求高等问题，不适合压裂现场使用。且因为现场的配液水质的差异及液添泵的吸入等问题会严重影响压裂液的减阻性能，故室内测试得到的数据不能真实反映现场压裂液减阻性能。因此，研制出一种简易、能满足现场实时测量要求的压裂液降阻率测试仪器具有重要的实际意义。
申请人单位的XXX岩气田自2012年建设至今，创新形成“第三代”压裂工艺技术，使气井测试产量平均提高30％，且压裂成本大幅降低，滑溜水压裂液质优价廉充当了重要角色：减阻水成本低、配液工艺相对简单、有利于造复杂缝网，是页岩储层改造所用的主要液体类型之一，减阻率是减阻水的核心指标，优良的减阻性能可大幅降低沿程摩阻，减少压裂所需水马力，确保加砂具有足够的压力窗口。目前滑溜水压裂液减阻剂相关产品的研发与评价成为当下的热点，特别是现场乳液型滑溜水的摩阻数值的准确测量也成为人们关心的问题。
减阻剂的减阻机理较为复杂，难以从减阻剂本身的化学成分来分析减阻剂的减阻效果以及优劣性，受现场配液水质的差异及液添泵的吸入影响，室内测试得到的数据也难以真实反映现场压裂液减阻性能。随着“第三代”压裂工艺技术在国内大面积推广应用，研发出一种既简易又能真实反映现场压裂液减阻性能的测试仪器是非常有必要的，这类仪器的成功研制将有利于现场技术人员准确估算压裂摩阻，及时发现现场压裂液相关问题，准确分析施工压力异常的原因并迅速排查问题，优化施工排量以保障现场压裂施工。解决此工程技术问题以适应压裂主体工艺的趋势变化，将为页岩油气高效勘探开发提供技术支撑。
压裂液的减租性能受到减阻剂加量、配液水水质等条件的影响，实验室内的测试数据并不能代表施工时候的实际值，目前市面上没有一种能够用于压裂施工现场测试压裂液减租性的简易装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种简易、能满足现场实时测量要求的压裂液摩阻在线检测装置及测试方法
为了解决上述问题，本发明提供了一种压裂液摩阻在线检测装置，包括测试盘管，测试盘管的进口端经进液管线连接混砂车出口端接头，测试盘管的出口端经出液管线连接混砂车入口端接头，混砂车出口的高压液体经压裂液摩阻在线检测装置后流入低压的混砂车入口形成闭合测试回路，出液管线中接入有流量传感器，测试盘管的进口端与出口端之间连接有压差传感器。
进一步地，还包括缓冲罐，缓冲罐连接在进液管线与测试盘管之间，缓冲罐的灌顶具有介质入口、罐底具有介质出口，进液管线与介质入口相接，测试盘管与介质出口。
进一步地，以所述缓冲罐为轴，测试盘管螺旋缠绕于缓冲罐的外壁上。
进一步地，所述进液管线中接入有流量控制阀。
进一步地，所述缓冲罐是圆柱罐体，测试盘管与缓冲罐的相切相贯，进液管线与缓冲罐相切相贯。
进一步地，所述缓冲罐的罐底具有泄空口，泄空口上设置有排污阀以及连接有排污管线。
进一步地，所述进液管线和出液管线的管径大于测试盘管的管径。
本发明还提供了一种压裂液摩阻在线检测装置的测试方法，所述压差传感器用以获取测试盘管的进口端与出口端之间的压差，流量传感器用以获取实时的流量数据，通过流量传感器和压差传感器获取的流量-压差系列数据，通过压降法计算压裂液的实时摩阻和减阻性能。
进一步地，测试前，用清水和相同压裂液分别做两组实验获得基础计算数据；分别为室内内径10mm，长度3.2m直管摩阻仪清水变排量测摩阻，室内内径10mm，长度3.2m直管摩阻仪压裂液变排量测摩阻；本在线检测装置内径10mm，长度3.2m测试盘管变排量测摩阻，并进行排量-摩阻F(水清，直管)、F(压裂液，直管)、F(压裂液，盘管)公式拟合。
进一步地，采用本在线检测装置测试的压裂液弯曲摩阻为：
F(弯曲)＝F(压裂液，盘管)-F(压裂液，直管)；
本在线检测装置现场应用时的压裂液沿程摩阻为：
F(沿程)＝F’(压裂液，盘管)-F(弯曲)；
本在线检测装置现场应用时的压裂液减阻率为：
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明装置的体积小，重量轻，方便携带，主要用于压裂现场的压裂液摩阻测试。通过混砂车/供液撬提供液压，无需额外的电驱动装置，增强了装置在压裂现场的适应性。通过盘管测试压降，降低了测试管线的占地空间，降低了装置体积。通过缓冲罐，实现了减阻剂/稠化剂分子的充分溶胀，可适应压裂现场乳液压裂液体系在线混配工艺。通过阀门开度调节压差，实现测试管路流量的控制。该装置测试液体无需取样，不造成压裂液的浪费和不影响安全环保，通过出液管线进入混砂车入口后直接被施工使用。通过与室内摩阻仪的校核获得清水沿程摩阻和盘管弯曲摩阻公式。避免了流体力学公式适应性差和误差大的弊端，提高了测试结果的准确性。
2、本发明装置及测试方法的优势在于可以直接利用压裂现场混砂车出口和入口间的压差作为动力来源，无需额外配备任何动力系统，且不造成压裂液的泄露和浪费。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-混砂车出口端接头；2-流量控制阀；3-进液管线；4-缓冲罐；5-测试盘管；6-排污阀；7-排污管线；8-流量传感器；9-压力检测单元；10-压力传感线；11-出液管线；12-混砂车入口端接头。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例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发明的一些实施例，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他的附图。
如图1所示；一种压裂液摩阻在线检测装置，包括测试盘管5，测试盘管5的进口端经进液管线3连接混砂车出口端接头1，测试盘管5的出口端经出液管线11连接混砂车入口端接头12，混砂车出口端接头1和混砂车入口端接头12分别连接在混砂车的出口和入口上，形成闭合测试回路，出液管线11中接入有流量传感器8，测试盘管5的进口端与出口端之间连接有压差传感器，压差传感器包括在测试盘管5的进口端和出口端各设置的一个压力检测单元9，两个压力检测单元之间通过压力传感线10连接实现数据传递；还可用两个普通的压力检测器取缔压差传感器，在这种设置下，根据两个压力检测器的测试值手动计算压差。本装置无需外接电泵驱动装置，直接以混砂车的出入口压差为动力来源，进液管线3上的混砂车出口端接头1直接接到混砂车的出口端，可为装置提供0.3MPa左右的压力，出液管线11上的混砂车入口端接头12直接接到混砂车的入口端上，不仅可实现负压增能，还能全部回收测试用的压裂液，体现装置的环保性。为了减少沿程压力损耗，进液管线3和出液管线11较测试盘管5的管径更大。
由于压裂液在线混配时由于高分子的减阻剂/稠化剂需要30s以上的溶胀时间才能充分发挥减阻效果，所以，还包括缓冲罐4，缓冲罐4连接在进液管线3与测试盘管5之间，缓冲罐4的灌顶具有介质入口、罐底具有介质出口，进液管线3与介质入口相接，测试盘管5与介质出口。缓冲罐能提供不少于30s的缓冲时间，使得测试值更加接近实际值。既可以是提前配置好的现有压裂液，也能是通过连续混配工艺直接加注到混砂罐中的液态减阻剂，对于提前预配的压裂液，可不连接缓冲罐。
以缓冲罐4为轴，测试盘管5螺旋缠绕于缓冲罐4的外壁上。能大幅降低装置的体积，增强装置的可携带性。缓冲罐4是圆柱罐体，缓冲罐4上接进液管线3和测试盘管5时，应尽量降低管线与罐体表面的夹角，实现缓冲罐内液体的旋转流动，降低压力损耗和提升缓冲效果。最优为，测试盘管5与缓冲罐4的相切相贯，进液管线3与缓冲罐4相切相贯。
位于混砂车的蝶阀作为总开关，控制压裂液是否流入检测装置，进液管线3中接入有流量控制阀2，通过控制流量控制阀的开度大小，调节进入测试盘管5的压裂液流量。
缓冲罐4的罐底具有泄空口，泄空口上设置有排污阀6以及连接有排污管线7，能在使用后充分排空罐内存余，降低装置腐蚀速率和装置重量。
通过室内实验室校核，更加准确获得测试盘管5的弯曲摩阻，测试盘管管线与室内摩阻仪的测试管线尺寸设计相同，均为内径10mm，长度3.2m。
一种压裂液摩阻在线检测装置的测试方法，所述压差传感器用以获取测试盘管的进口端与出口端之间的压差，流量传感器用以获取实时的流量数据，通过流量传感器和压差传感器获取的流量-压差系列数据，通过压降法计算压裂液的实时摩阻和减阻性能。
测试前，用清水和相同压裂液分别做两组实验获得基础计算数据；分别为室内内径10mm，长度3.2m直管摩阻仪清水变排量测摩阻，室内内径10mm，长度3.2m直管摩阻仪压裂液变排量测摩阻；本在线检测装置内径10mm，长度3.2m测试盘管变排量测摩阻，并进行排量-摩阻F(水清，直管)、F(压裂液，直管)、F(压裂液，盘管)公式拟合。
采用本在线检测装置测试的压裂液弯曲摩阻为：
F(弯曲)＝F(压裂液，盘管)-F(压裂液，直管)；
本在线检测装置现场应用时的压裂液沿程摩阻为：
F(沿程)＝F’(压裂液，盘管)-F(弯曲)；
本在线检测装置现场应用时的压裂液减阻率为：
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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