一种无水CO2压裂用高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态携砂的评价系统及评价方法技术方案

本发明专利技术涉及油气田压裂改造领域，公开了一种无水CO2压裂用高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态携砂的评价系统及评价方法。所述评价系统包括CO2注入系统、添加剂注入系统、低温循环管汇系统、耐高压全段可视裂缝实验腔和数据采集在线控制分析系统。采用本发明专利技术提供的评价系统和评价方法，可以评价高低温变化、压力变化、增稠剂/氮气添加情况下无水CO2压裂液体系在不同尺寸地层裂缝中的携砂能力，研究模拟地层条件裂缝内体系携带支撑剂的动态运移规律。层条件裂缝内体系携带支撑剂的动态运移规律。层条件裂缝内体系携带支撑剂的动态运移规律。

【技术实现步骤摘要】
一种无水CO2压裂用高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态携砂的评价系统及评价方法


[0001]本专利技术涉及油气田压裂改造
，具体涉及一种无水CO2压裂用高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态携砂的评价系统及评价方法。

技术介绍

[0002]非常规油气资源是指以常规技术手段无法实现规模经济开发的油气资源，具有油气储集层渗透率低、储量丰度低、单井开发产能低的“三低”特性。我国非常规油气资源储量丰富，占据全国已探明油气储量的2/3以上。非常规油气资源已成为我国重要的战略接替能源，目前我国已成为全球第二大非常规油气资源开发应用地区，大力推动非常规油气资源的储量勘探和高效开发对于我国缓解能源供需、优化能源结构具有极其重要的战略意义。
[0003]储层压裂改造技术是非常规油气田开发的最常用、最有效的手段，压裂改造后可改善地层渗流条件，实现缝网
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基质的有效沟通，为后续开发工作液搭建流动通道，实现非常规油气田的有效开发。目前，大规模水力压裂技术作为常规油气资源储层改造技术的最常用手段，其优异的增产增能效果备受业界青睐。水力压裂技术即采用含有瓜胶聚合物以及各类水溶性添加剂的水基压裂液进行储层改造，但传统水基压裂液体系存在用液量巨大水资源浪费、易造成黏土膨胀产生水敏水锁效应、体系破胶不彻底残渣易伤害储层、返排不完全易污染地下水以及后续污水处理费用昂贵等缺点。无水CO2压裂技术作为应用于非常规油气资源的新一代低伤害压裂技术，具有无残渣低储层伤害、低表面张力(超临界状态下为0)易沟通储层、返排迅速彻底污染低、可溶于原油降低原油粘度、置换甲烷气提高产气量的同时实现CO2的埋存等特点。自20世纪80年代以来，无水CO2压裂技术在北美地区实现了优异的矿场应用效果，证明了无水CO2压裂技术具有优异的技术可行性和投入产出比。目前，无水CO2压裂技术已在我国吉林油田、长庆油田的多个区块成功应用，对于挖掘我国非常规油气藏潜能、促进我国非常规油气田持续、高效、绿色开发具有良好的应用前景。
[0004]无水CO2压裂技术在工程应用过程也面临一些必须解决的技术难题。无水CO2压裂液的压裂介质为100％液态/超临界态CO2，压裂施工过程中体系黏度低约在0.002～0.17mPa
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s，且无水CO2进入裂缝后，流速会大幅度降低导致携砂能力急剧下降，容易产生脱砂造成砂堵，不利于压裂造缝，无水CO2体系悬/携砂能力差的问题在工程应用中亟需攻关。目前，在提高无水CO2压裂液体系携砂能力方面主要有两种方法：一种是大幅度提高泵注排量，通过高流速和湍流将支撑剂携带至地层远端，但是这种方法弊端较大，高泵注排量下势必会增加无水CO2压裂体系的井筒摩阻和地层滤失，降低工作液的有效增能，同时提高泵注排量需要动用更多的压裂设备，将会使施工成本剧增；另一种方法是通过使用增稠剂增加无水CO2压裂液的体系黏度，进而提高体系的携砂能力，通过增稠剂加入可使体系黏度增加百倍，在提高携砂能力的同时也可降低体系在地层的滤失。通过加入增稠剂提高无水CO2压裂体系携砂能力是目前公认的有效方法。然而，无水CO2为一种非极性液体，仅能与非极性增稠剂互溶。同时，在压裂过程中，CO2相态变化复杂，混相体系的理化性质受温度、压
力影响巨大。因此，模拟无水CO2压裂过程中，高低温、全相态条件下评价体系的动态携砂能力对于无水CO2压裂技术在油气田开发现场的推广应用至关重要。
[0005]CN107014721A及CN206740588U公开了一种二氧化碳干法压裂液携砂性能评价装置及方法，装置主体包括高压可视化搅拌容器、CO2增压系统、提黏剂注入系统、支撑剂添加系统、温度控制系统和数据采集系统，文献中描述该装置可以实现较大压力和温度范围内从液态到超临界态CO2压裂液携砂性能的定量测量。但是该装置和方法所测量的为无水CO2体系的静态携砂性能，单纯考虑了体系在密闭罐内的垂向沉降，无法真实模拟无水CO2压裂施工过程中支撑剂在地层裂缝中的动态运移规律。CN107589219B公开了一种干法压裂用可视化动态裂缝携砂评价装置及其工作方法，所描述装置内含有实验腔体，腔体由第一内腔和第二内腔构成通过移动密封隔断。第一内腔主要作用是提供压力稳定，内设置有氮气注入管和液体注入管；第二内腔作为测试腔设有携砂液注入管、携砂液排出管及多个排砂孔。该装置通过密封隔断的移动模拟液态CO2压裂液在不同宽度裂缝条件下的携砂性能。然而该装置对于无水泡沫类压裂液携砂性能会有较为准确的评价，当以增稠剂体系注如无水CO2中以提高体系粘度时，并没有设置专门的混相腔使增稠剂与无水CO2充分混合。虽然所述玻璃板耐压可达100MPa,但文中描述所用实验腔为石英玻璃通过螺栓固定，在高压情况下很难保证密封性。CN108343406A所公开的一种超临界CO2携砂铺砂可视化模拟系统，同样具有未考虑增稠剂与无水CO2混相过程的弊端。
[0006]因此，准确模拟干法压裂过程中无水CO2体系的携砂能力需考虑无水CO2压裂过程中温度、压力以及相态变化，同时还有增稠剂等添加剂与无水CO2溶解情况。为此研发一种无水CO2压裂用高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态携砂评价系统对于无水CO2压裂技术在油气田开发现场的推广应用至关重要。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术不能实现增稠剂与无水CO2充分混合过程存、无法真实模拟无水CO2压裂施工过程中支撑剂在地层裂缝中的动态运移规律、在高压情况下很难保证密封性的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种无水CO2压裂用高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态携砂的评价系统，所述评价系统包括CO2注入系统、添加剂注入系统、低温循环管汇系统、耐高压全段可视裂缝实验腔和数据采集在线控制分析系统；
[0009]其中，所述无水CO2注入系统用于提供无水液体CO2，及无水液体CO2的泵注排量；
[0010]所述添加剂注入系统用于提供能够增加无水液体CO2携砂能力的添加剂；
[0011]所述低温循环管汇系统用于将添加剂和无水CO2混合，达到混相，以得到无水CO2压裂液体系；
[0012]所述耐高压全段可视裂缝实验腔用于为无水CO2压裂液动态携砂性能评价提供主要实验腔，从而进行高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态携砂实验；
[0013]所述数据采集在线控制分析系统用于监控、传输系统工作时的各种数据、检测并控制整个系统的工作状态及工作参数、实时分析可视模型内砂堤形态，评价无水CO2压裂液体系的动态携砂能力。
[0014]本专利技术第二方面提供一种无水CO2压裂用高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态
携砂的评价方法，所述评价方法包括以下步骤：
[0015]连接所有设备及数据传输线：接无水CO2压裂用高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态携砂的评价系统中所包括的所有设备及数据传输线；
[0016]添加剂溶解于无水液体CO2；
[0017]动态携砂实验：添加剂溶解于无水液体CO2步骤结束后，将所述低温循环管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无水CO2压裂用高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态携砂的评价系统，其特征在于，所述评价系统包括无水CO2注入系统、添加剂注入系统、低温循环管汇系统、耐高压全段可视裂缝实验腔和数据采集在线控制分析系统；其中，所述无水CO2注入系统用于提供无水液体CO2，及无水液体CO2的泵注排量；所述添加剂注入系统用于提供能够增加无水液体CO2携砂能力的添加剂；所述低温循环管汇系统用于将添加剂和无水CO2混合，达到混相，以得到无水CO2压裂液体系；所述耐高压全段可视裂缝实验腔用于为无水CO2压裂液动态携砂性能评价提供主要实验腔，从而进行高低温全相态密闭循环可视化裂缝动态携砂实验；所述数据采集在线控制分析系统用于监控、传输系统工作时的各种数据、检测并控制整个系统的工作状态及工作参数、实时分析可视模型内砂堤形态，评价无水CO2压裂液体系的动态携砂能力。2.根据权利要求1所述的评价系统，其中，所述无水CO2注入系统包括：CO2储气瓶(1)、CO2增压系统(2)、净化过滤系统(3)、CO2制冷系统、CO2流量计、液态CO2储罐(5)、液态CO2柱塞泵(6)；所述CO2储气瓶(1)用于提供CO2气源；所述CO2增压系统(2)用于将CO2储气瓶(1)中的CO2增压，使CO2能够被吸入CO2制冷系统；所述净化过滤系统(3)用于对增压后的CO2的进行前期预处理，以得到无水CO2；所述CO2制冷系统用于对无水CO2进行降温以得到无水液态CO2；所述液态CO2储罐(5)用于储存液态CO2经过制冷后得到的无水液态CO2；所述CO2流量计用于计量液态CO2储罐(5)出口处无水液态CO2的量；所述液态CO2柱塞泵(6)用于液态CO2储罐(5)中的无水液态CO2的传输，输送高压液态CO2同时提供系统稳压作用；和/或所述添加剂注入系统包括：添加剂储罐和添加剂注入计量装置，添加剂储罐用于储存添加剂，添加剂注入计量装置用于检测并控制添加剂储罐中添加剂的注入量和注入压力。3.根据权利要求2所述的评价系统，其中，所述CO2增压系统(2)包括气体压缩机和压力控制阀，压力控制阀用于控制气体压缩机的出口压力，使得CO2储气瓶(1)中输出的CO2稳定增压至所需压力；和/或所述CO2制冷系统包括制冷设备(4)和维冷设备，所述制冷设备(4)位于净化过滤系统(3)下游，对净化后得到的无水CO2进行降温制备无水液态CO2，所述维冷设备用于维持低温循环管汇系中的管路的温度，优选地，所述制冷设备(4)包括全封闭制冷压缩机、耐腐蚀螺旋式盘管冷箱和风冷式工业冷水机(11)，所述维冷设备包括风冷式工业冷水机(11)；和/或所述添加剂储罐包括氮气储罐和/或增稠剂储罐(8)，优选地，所述氮气储罐和增稠剂储罐(8)并联设置；和/或所述添加剂注入计量装置包括增稠剂注入计量装置和/或氮气注入计量装置，优选地，所述增稠剂注入计量装置包括增稠剂计量装置和增稠剂柱塞泵(7)，增稠剂计量装置与增稠剂柱塞泵(7)依次与增稠剂储罐(8)连接，氮气注入计量装置包括设置于氮气储罐上的气体流量计和氮气阀门。4.根据权利要求1
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3任意一项所述的评价系统，其中，
所述低温循环管汇系统的循环管路包括以无水CO2注入系统为起始端的密闭循环管路；和/或所述无水CO2注入系统通过所述低温循环管汇系统与所述添加剂注入系统连接，使无水液体CO2和添加剂能在低温循环管汇系统的管路中不断循环流动，从而使得无水CO2和添加剂两相能够相互溶解达到混相形成无水CO2压裂液体系，再注入耐高压全段可视裂缝实验腔；和/或所述低温循环管汇系统中的管路为具有环空结构的套管，优选地，所述风冷式工业冷水机(11)通过将温度稳定液通入温循环管汇系统中管路的环空内，以稳定管路的温度环境；和/或所述低温循环管汇系统的管路上设有密闭罐和混相检测装置，优选地，所述密闭罐与混相检测装置设置于无水CO2注入系统与添加剂注入系统连接处的下游。5.根据权利要求4所述的评价系统，其中，所述混相检测装置包括玻璃视窗和/或液体CO2黏度仪(12)，优选地，所述液体CO2黏度仪(12)设置于密闭罐上，用于测定密闭罐内无水CO2压裂液体系的黏度，所述玻璃视窗至少有两个，其中，至少一个玻璃视窗位于无水CO2注入系统与添加剂注入系统连接处的管汇入口端，至少一个玻璃视窗位于液体CO2黏度仪(12)处；和/或所述低温循环管汇系统的管路上还设有背压阀，用于控制整个管路的压力。6.根据权利要求1
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5任意一项所述的评价系统，其中，所述耐高压全段可视裂缝实验腔包括耐压可加热压力舱(13)、耐高压可视裂缝实验腔(14)和压力平衡系统；所述的耐压可加热压力舱(13)主体构造为空腔柱体；所述耐高压可视裂缝实验腔(14)通过推进移动机构推入耐压可加热压力舱(13)的腔内，以提供模拟地层压力和温度条件；和/或所述耐压可加热压力舱(13)与压力平衡系统连接，以实现耐高压全段可视裂缝实验腔的内外平衡压力差；和/或所述压力平衡系统包括相互连接的压力平衡转换器(15)和补液装置，优选地，所述补液装置包括水泵(10)和可加热水箱(16)。7.根据权利要求6所述的评价系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明伟，徐忠正，戴彩丽，高明伟，丁飞，邹辰炜，吴一宁，李琳，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：