一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法技术

本发明专利技术涉及一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法，属于煤层压裂模拟试验方法技术领域，解决压裂液性质测试及压裂模拟的技术问题，按如下步骤依次进行：a、启动气源站，将驱动气体通入增压泵中；b、高压液态二氧化碳与高压压裂液混合后压入恒温高压泡沫液性质测试模块；c、高压二氧化碳泡沫压裂液经恒温高压泡沫液性质测试模块后压入支撑剂混合模块，高压二氧化碳泡沫压裂液与支撑剂混合模块内填加的支撑剂充分混合；d、带有支撑剂的高压二氧化碳泡沫压裂液通过管道压入煤层压裂模拟模块。本发明专利技术对深入研究适用于煤矿的二氧化碳泡沫液的配方改进及性能考察、支撑剂的选用以及二氧化碳泡沫压裂液对于煤层增透的作用意义重大。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法
本专利技术属于煤层压裂模拟试验方法
，具体涉及一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法、模块化试验系统及其试验装置。
技术介绍
目前，煤矿重特大事故中，瓦斯事故仍然为主要事故，因此，瓦斯治理是当前煤矿安全工作的首要任务，在井下进行开采煤层本层的瓦斯抽采，对于防止瓦斯事故发生，保障矿井安全生产尤为重要。对于低透气性煤层而言，采用常规的钻孔布置方式及参数预抽煤层瓦斯时，往往达不到所要求的抽放效果。为此，需要采用强化抽采瓦斯方法，人为强迫沟通煤层内的原有裂隙网络或产生新的裂隙网络，使煤体的透气性增加。目前，我国强化抽采瓦斯方法主要有保护层开采技术、水利冲孔技术、地面水力压裂技术、水力割缝技术、深孔预裂爆破技术等。CO2泡沫压裂作为一种新的压裂技术在石油行业得到广泛应用。CO2泡沫压裂的优点是水基压裂液用量少，对地层和裂缝伤害小，泡沫质量高，气泡呈连续相、粘度高、携砂性能好。CO2泡沫压裂中加入支撑剂可以随着压裂液进入到压裂生产的缝隙中，防止压裂造缝结束后裂缝由于地压等原因使得裂缝重新闭合。支撑剂可以进一步提高压裂液造缝增透效果。现将CO2泡沫压裂技术引入煤层压裂增透中，需要有针对性地调整压裂液配方及配比，研制适用于煤层的二氧化碳泡沫压裂液及支撑剂，并通过试验进行煤层模拟压裂，根据压裂增透效果来评价压裂液优劣。故急需研制一整套在高温高压环境下的二氧化碳泡沫性质评价装置、支撑剂混合装置、煤层压裂模拟装置及其多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验的方法，对煤层压裂试验进行研究。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，解决CO2泡沫压裂液性质测试及煤层压裂模拟的技术问题，旨在提供一种快速、高效、直观地进行无支撑剂压裂液压裂、压裂前后透气性测试（压裂效果评价）、加入支撑剂压裂、高温高压泡沫性质测试等多种功能的矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法。本专利技术通过如下技术方案予以实现。一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法，按如下步骤依次进行：a、气源站的出气口与增压泵的进气口连通，液态二氧化碳储罐的出液口和压裂液储罐的出液口分别与增压泵的进液口连通，两个增压泵的出液口经三通连接管与恒温高压泡沫液性质测试模块的进液口连通，恒温高压泡沫液性质测试模块的出液口与支撑剂混合模块的进液口连通，支撑剂混合模块的出液口与煤层压裂模拟模块的进液口连通；启动气源站，将驱动气体通入增压泵中；b、液态二氧化碳储罐中的液态二氧化碳和压裂液储罐中的压裂液分别经增压泵增压，高压液态二氧化碳与高压压裂液经三通连接管混合后形成二氧化碳泡沫压裂液，高压二氧化碳泡沫压裂液压入恒温高压泡沫液性质测试模块，调整恒温高压泡沫液性质测试模块中的水浴环境，观察测试泡沫液在不同水浴环境中的外观状态及半衰期；c、高压二氧化碳泡沫压裂液经恒温高压泡沫液性质测试模块后压入支撑剂混合模块，高压二氧化碳泡沫压裂液与支撑剂混合模块内填加的支撑剂充分混合；d、带有支撑剂的高压二氧化碳泡沫压裂液通过管道压入煤层压裂模拟模块，实时动态观察煤层压裂模拟试验过程。进一步地，所述步骤b中的水浴环境为根据地下温度环境模拟的恒温水浴环境。进一步地，若干所述恒温高压泡沫液性质测试模块、煤层压裂模拟模块与支撑剂混合模块根据试验需要任意组合；所述增压泵为气动活塞式增压泵。进一步地，所述恒温高压泡沫液性质测试模块包括恒温水浴腔、泡沫液性质测试腔体、压裂液入管二和压裂液出管二，所述泡沫液性质测试腔体为密闭腔体，所述恒温水浴腔中添加有恒温液，所述泡沫液性质测试腔体设置于恒温水浴腔中，压裂液入管二依次贯穿恒温水浴腔与泡沫液性质测试腔体的底面并与泡沫液性质测试腔体的内部连通，压裂液出管二设置于泡沫液性质测试腔体的顶面并与泡沫液性质测试腔体的内部连通，压裂液出管二上设置有压力表和排液阀门；所述恒温水浴腔的侧壁由透明材料制成，泡沫液性质测试腔体的侧壁设置有透明的泡沫液观察窗，所述泡沫液观察窗上设置有刻度。进一步地，所述煤层压裂模拟模块包括加热与控制装置、型煤腔体、进液管、压裂管、出液管一、出液管二和卸压反排装置，型煤腔体上部设置有敞口，敞口处盖设有型煤腔体上盖，型煤腔体的底面和四周的侧面一体成型，所述加热与控制装置包覆于型煤腔体的外壁上；所述压裂管设置于型煤腔体上并延伸至型煤腔体的心部，压裂管上设置有加固环，压裂管的一端贯穿型煤腔体的一侧侧壁与所述进液管一连通，进液管一上设置有卸压反排装置，卸压反排装置上设置有卸压开关，卸压反排装置的排液口与卸压管连通；所述出液管一设置于压裂管相对一侧的型煤腔体的侧壁上，出液管一贯穿型煤腔体的侧壁与型煤腔体的内部连通；所述出液管二贯穿型煤腔体上盖与型煤腔体的内部连通；所述型煤腔体内填充有型煤，所述进液管、出液管一和出液管二上均安装有压力表、流量表和开关阀门；所述型煤腔体的侧壁由透明材料制成。进一步地，所述进液管和出液管二的侧壁分别与对应的型煤腔体侧壁固定连接，所述出液管一的侧壁与型煤腔体上盖固定连接。进一步地，所述压裂管延伸至型煤腔体内的深度为500mm。进一步地，所述型煤腔体上盖通过紧固螺栓固定于型煤腔体的敞口处，型煤腔体上盖与型煤腔体的敞口之间设置有密封胶垫。进一步地，所述支撑剂混合模块包括支撑剂混合腔体、混合器、支撑剂混合腔体上盖、压裂液出管一和压裂液入管一，所述支撑剂混合腔体上部设置有敞口，敞口处盖设有支撑剂混合腔体上盖，支撑剂混合腔体上盖与支撑剂混合腔体的敞口之间设置有密封胶垫，支撑剂混合腔体的中部设置有支架，所述混合器设置于支架的下方，混合器为开口向下的圆锥体，支撑剂混合腔体下部填加有支撑剂；所述压裂液入管一贯穿支撑剂混合腔体的底面并延伸至支撑剂混合腔体中，所述压裂液出管一贯穿所述支撑剂混合腔体上盖与支撑剂混合腔体的内部连通，压裂液出管一的侧壁与支撑剂混合腔体上盖一体成型；所述支撑剂混合腔体的侧壁由透明材料制成。进一步地，所述压裂液入管一延伸入支撑剂混合腔体中的长度为50mm。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。本专利技术提供的一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法，试验平台成本低，功能实用，结构简单，试验平台中提供的恒温高压泡沫液性质测试模块、煤层压裂模拟模块与支撑剂混合模块根据试验需要任意组合，涵盖了二氧化碳泡沫压裂煤层增透的泡沫液性质考察阶段、支撑剂效果考察阶段以及泡沫液压裂效果考察阶段，对深入研究适用于煤矿的二氧化碳泡沫液的配方改进及性能考察、支撑剂的选用以及二氧化碳泡沫压裂液对于煤层增透的作用意义重大。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图。图2为图1中恒温高压泡沫液性质测试模块的局部放大剖视结构示意图。图3为图1中煤层压裂模拟模块的局部放大剖视结构示意图。图4为图1中支撑剂混合模块的局部放大剖视结构示意图。图5为实施例二的整体结构示意图。图6为实施例三的整体结构示意图。图中，1为气源站，2为增压泵，3为恒温高压泡沫液性质测试模块，31为恒温水浴腔，32为泡沫液性质测试腔体，33为泡沫液观察窗，34为刻度，35为压裂液出管二，36为压裂液入管二，41为液态二氧化碳储罐，42为压裂液储罐，5为煤层压裂模拟模块，51为加热与控制装置，52为型煤腔体，53为进液管，54为压裂管，55为加固环，56本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法，其特征在于按如下步骤依次进行：a、气源站（1）的出气口与增压泵（2）的进气口连通，液态二氧化碳储罐（41）的出液口和压裂液储罐（42）的出液口分别与增压泵（2）的进液口连通，两个增压泵（2）的出液口经三通连接管与恒温高压泡沫液性质测试模块（3）的进液口连通，恒温高压泡沫液性质测试模块（3）的出液口与支撑剂混合模块（6）的进液口连通，支撑剂混合模块（6）的出液口与煤层压裂模拟模块（5）的进液口连通；启动气源站（1），将驱动气体通入增压泵（2）中；b、液态二氧化碳储罐（41）中的液态二氧化碳和压裂液储罐（42）中的压裂液分别经增压泵（2）增压，高压液态二氧化碳与高压压裂液经三通连接管混合后形成二氧化碳泡沫压裂液，高压二氧化碳泡沫压裂液压入恒温高压泡沫液性质测试模块（3），调整恒温高压泡沫液性质测试模块（3）中的水浴环境，观察测试泡沫液在不同水浴环境中的外观状态及半衰期；c、高压二氧化碳泡沫压裂液经恒温高压泡沫液性质测试模块（3）后压入支撑剂混合模块（6），高压二氧化碳泡沫压裂液与支撑剂混合模块（6）内填加的支撑剂充分混合；d、带有支撑剂的高压二氧化碳泡沫压裂液通过管道压入煤层压裂模拟模块（5），实时动态观察煤层压裂模拟试验过程。...

【技术特征摘要】
1.一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法，其特征在于按如下步骤依次进行：a、气源站（1）的出气口与增压泵（2）的进气口连通，液态二氧化碳储罐（41）的出液口和压裂液储罐（42）的出液口分别与增压泵（2）的进液口连通，两个增压泵（2）的出液口经三通连接管与恒温高压泡沫液性质测试模块（3）的进液口连通，恒温高压泡沫液性质测试模块（3）的出液口与支撑剂混合模块（6）的进液口连通，支撑剂混合模块（6）的出液口与煤层压裂模拟模块（5）的进液口连通；启动气源站（1），将驱动气体通入增压泵（2）中；b、液态二氧化碳储罐（41）中的液态二氧化碳和压裂液储罐（42）中的压裂液分别经增压泵（2）增压，高压液态二氧化碳与高压压裂液经三通连接管混合后形成二氧化碳泡沫压裂液，高压二氧化碳泡沫压裂液压入恒温高压泡沫液性质测试模块（3），调整恒温高压泡沫液性质测试模块（3）中的水浴环境，观察测试泡沫液在不同水浴环境中的外观状态及半衰期；c、高压二氧化碳泡沫压裂液经恒温高压泡沫液性质测试模块（3）后压入支撑剂混合模块（6），高压二氧化碳泡沫压裂液与支撑剂混合模块（6）内填加的支撑剂充分混合；d、带有支撑剂的高压二氧化碳泡沫压裂液通过管道压入煤层压裂模拟模块（5），实时动态观察煤层压裂模拟试验过程。2.根据权利要求1所述的一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法，其特征在于：所述步骤b中的水浴环境为根据地下温度环境模拟的恒温水浴环境。3.根据权利要求1所述的一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法，其特征在于：若干所述恒温高压泡沫液性质测试模块（3）、煤层压裂模拟模块（5）与支撑剂混合模块（6）根据试验需要任意组合；所述增压泵（2）为气动活塞式增压泵。4.根据权利要求1所述的一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法，其特征在于：所述恒温高压泡沫液性质测试模块（3）包括恒温水浴腔（31）、泡沫液性质测试腔体（32）、压裂液入管二（36）和压裂液出管二（35），所述泡沫液性质测试腔体（32）为密闭腔体，所述恒温水浴腔（31）中添加有恒温液，所述泡沫液性质测试腔体（32）设置于恒温水浴腔（31）中，压裂液入管二（36）依次贯穿恒温水浴腔（31）与泡沫液性质测试腔体（32）的底面并与泡沫液性质测试腔体（32）的内部连通，压裂液出管二（35）设置于泡沫液性质测试腔体（32）的顶面并与泡沫液性质测试腔体（32）的内部连通，压裂液出管二（35）上设置有压力表和排液阀门；所述恒温水浴腔（31）的侧壁由透明材料制成，泡沫液性质测试腔体（32）的侧壁设置有透明的泡沫液观察窗（33），所述泡沫液观察窗（33）上设置有刻度（34）。5.根据权利要求1所述的一种矿用多功能模块化二氧化碳泡沫压裂试验方法，其特征在于：所述煤层压裂模拟模块（5）包括加热与控制装置（51）、型煤腔体（52）、进液管（53）、压裂管（54）、出液管一（57）、出液管二（58）和卸压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊峰，周春山，唐一博，刘硕，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14