比萊石油實驗室技術有限公司
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可視化支撐劑輸送模擬評價系統, 設計用于評價壓裂液的支撐劑輸送能力。
可視化支撐劑輸送模擬評價系統, 設計用于評價壓裂液的支撐劑輸送能力。測試是這樣進行的，先把攜帶支撐劑的壓裂凍膠泵入剪切回路中，模擬井下條件，調制壓裂液；然后壓裂液進入管式流變系統，測試不同剪切速率下的剪切應力，根據剪切速率與剪切應力數據，確定壓裂液的流變參數(n’, k’, 及視粘度)；繼而進入縫式流變系統，可視化觀察壓裂液輸送支撐劑情況，通過對照壓裂液流變性與其支撐劑輸送情況，可更好地理解現場所不能觀察到的壓裂液輸送支撐劑效果。通過如此測試分析，可以優化壓裂液，提高其支撐劑輸送能力，而降低其地層傷害程度；也可以利用該系統評價支撐劑在不同壓裂液中的沉降特性。
總體技術指標：
• 工作壓力 – 壓裂液通過縫式流變系統時：30psi (0.20MPa)
• 工作壓力 – 壓裂液旁通縫式流變系統時：35psi (0.24MPa)
• 工作溫度 – 壓裂液通過縫式流變系統時：150F (65.6C)
• 工作溫度 – 壓裂液旁通縫式流變系統時：212F (100 C)
• 排量：2.5 GPM (9.5 L/MIN)
• 支撐劑濃度：0.5 lb/gal to 10 lb/gal (60 kg/m3 to 1200 kg/m3)
• 實驗室大小：15米長 x 7米寬 x 3米高 (*小，或需要更大房間)
• 電源：380VAC 50Hz 3Phase 60Amps和220-240VAC 50Hz 1phase 20Amps各至少5個
主要構成:
1．壓裂液混拌和泵送子系統
2．加熱和剪切子系統
3．管式流變子系統
4．縫式流變子系統
5．液體處置子系統
6．數據采集子系統
一、攪拌和泵送及加壓子系統
功能：攪拌并泵送壓裂液
a) 準備并儲存壓裂液，保持其流動性
b) 攪拌壓裂液
c) 配置攪拌器的帶開蓋的塑料桶
d) 各種塑料管和閥
e) 可變速壓裂液泵：可泵送40#瓜膠，支撐劑濃度4 lbs/gal (479 kg/m3)，@2.5 gpm
f) 交聯劑泵
g) 額定壓力500psi的線性流量計
二、加熱和剪切子系統
功能：加熱和剪切壓裂液
a) 井眼剪切模擬：達1000S-1，室溫，剪切1分鐘，在2.5 GPM (9.5L/MIN)排量條件下， 潤濕材質316不銹鋼
b) 加熱系統：室溫到250F (121.1C)，排量達2.5 GPM (9.5L/MIN)時以40S-1速率剪切5分鐘。潤濕材質是不銹鋼，注意：縫式流變系統抗溫到150F (65.6C)，當系統溫度超過150F (65.6C)時，要把縫式流變部分從系統流動通路中旁通掉。
c) 在加熱器出口端測試溫度
d) 加熱油由巖心公司，由用戶提供。
三、管式流變子系統
功能：保持壓裂液溫度，測量其流變性能
a) 三種不同尺寸的管子(不同直徑和不同長度)
b) 六個差壓傳感器，精度+/-0.1%，測量粘度
c) 在一定溫度下測壓裂液流變參數
d) 串聯方式連接
e) 潤濕材質：316不銹鋼
f) 在管式流變子系統出口端測試溫度
四、縫式流變子系統
功能：可視化觀察壓裂液輸送支撐劑情況
a) 縫寬：0.2” (5mm)
b) 單入口射孔眼
c) 模擬裂縫中的剪切速率：35S-1 @ 2.5 GPM (9.5L/MIN)
d) 裝配可視化設備
e) 裝配相應照明設備
f) 潤濕材質：316不銹鋼
g) 在縫式流變子系統入口端測試溫度
h) 在縫式流變部分沒有加熱
五、液體處置子系統
功能：
a) 在縫式流變系統出口處設置立管
b) 冷卻回路 (當溫度高于212 F, 100C)
c) 塑料計量收集桶
d) 可視化計量容器
六、數據采集子系統
功能：測試過程控制和數據采集及處理
a) 較低自動化水平
b) 計算機及監視器
c) 監測壓力、流量、溫度、以及每部分測試狀態
d) 數據采集軟件：微軟系統，數據可輸出到Excel
e) 用戶可實時顯示和處理數據
f) 用戶可實時修改數據采集時間間隔
g) 計算機計算和打印“壓力、剪切應力、或溫度分別對時間的曲線”。
測試模擬條件：
• 裂縫：0.2” (5mm) 寬, 1’ x 8’ (304.8mm x 2438.4mm) 大小.
• 壓裂液配制桶：*小50加侖
• 支撐劑類型和濃度：20/40 Ottawa砂子，4ppg (479 kg/m3)，從泵低壓端加入
• 添加劑：增稠劑，交聯劑，反乳劑。在計量泵之前或之后、而在井眼剪切模擬之前，加入添加劑
• 把凍膠注入井眼剪切模擬系統：速率1000S-1 @ 2.5 GPM, 時間60秒
• 熱交換系統：40S-1剪切5分，然后以2.5 gal/min (9.5 l/min)注入管式流變系統
• 管式流變系統：壓裂液從剪切回路出來后，以2.5 gal/min排量，在150F (65.6C)下，注入加熱系統。從加熱系統出來后，以2.5 gal/min (9.5 l/min)的排量，注入管式流變系統。管式流變系統由三種不同尺寸的管子構成(內徑25.4mm - 12.7mm)，不同內徑的管子長度也不同，以確保各個管子內壓裂液的剪切應力相同，每根管子上的壓力傳感器測量差壓，根據差壓及剪切應力和剪切速率進而計算出n’和k’，熱電偶測量溫度。
• 縫式流變系統：壓裂液以2.5 gal/min (9.5 l/min)排量進入縫式流變系統中 [0.2” (5mm)縫寬, 1’ x 8’ (304.8mm x 2438.4mm)大小]，縫內剪切速率35S-1，在縫式流變系統入口和出口分別安裝熱電偶，測量液體溫度。配置的數字攝像機記錄和監測支撐劑輸送效果。
• 液體從剪切回路到管式流變系統、再到縫式流變系統的流速是相同的，所以不需要流量分流器。
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