硼交联氮气伴注泡沫压裂液的阻力特征研究-段百齐
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2006 年 1 月 第 21 卷第 1 期
西安 石油大学学报(自然科学版) Journal of Xi′an Shiy ou U niversity(N atural Science Edition)
பைடு நூலகம்
文章编号 :1673-064X(2006)01-0042-04
J an .20 06 V ol.21 No .1
Bulkey 模型 , 一般很难得到模型常数 .为此 , 对于模
拟实际压裂条件下的 N 2 泡沫压裂液这种非牛顿流 体采用幂律模型来研究 .
幂律流体的本构方程为
f (τ)= τ/ k 1/ n ,
(1)
式中 , τ为切应力 ;k 为稠度系数 ;n 为流动指数 .当 n =1 时 , 方程(1)就是牛顿流体的本构方程 .因此 ,
n
,
(4)
式中(8v / D)为流动特征值 , 又称为视剪切速率 .对
式(4)取对数 , 得
lg τw =lg k
3 n +1 4n
n
+n lg
8v D
,
(5)
以实际压降 Δp 、流量 Q 整理成 τw =Δ4pLD 和8Dv , 在
双对数坐标图上 , 直线斜率 tg θ就是流变指数 n′;截
距就是流变系数 k′.
图 1 试验系统图
1 .3 实验原理 不同类型的压裂液具有不同的流变特性 , 有些
表现为牛顿型流动 , 有些则为非牛顿型流动 .在非牛
顿型流动的压裂液中 , 主要表现为幂律形式 .实际上
大多数压裂设计局限于幂律流变模型 , 这是因为对
于更 具描 述 性 的 流 变模 型 如 Ellis 或 Herschel -
1 实验原理与系统
1 .1 实验原料 实验应用的交联压裂液配方为 :0 .55 %的羟丙
基胍胶 +0 .5 %的 表 面活 性 剂 +0 .5 %起泡 剂 + 0 .1 %杀菌剂 +0 .12 %碳酸钠 +0 .3 %有机硼交联剂 +水 . 1 .2 实验回路
对非牛顿流体流变性能的测量可以采用各种仪 器进行 , 如细管式流变仪 、旋转圆筒黏度计 、锥板黏 度计 、控制应力流变仪等 , 考虑到实际压裂时高压 、 高剪切速率 、压力和温度变化较大的特点 , 本实验在 大型高参数泡沫压裂液实验回路(原理为管式流变 仪)上完成 .
摘要 :液氮泡沫伴注压裂液的阻力性能对于有效实施压裂工艺 、选择合理的压裂参数 、进行更为准 确的裂缝预测 、评估压裂效果都至关重要 .利用高参数泡沫压裂液实验回路详细研究了模拟实际压 裂条件下 N 2 泡沫压裂液的阻力特性 .研究表明 :N 2 泡沫压裂液的摩擦压降梯度随着流速的增大而 增大 , 随着温度的升高而减小 , 随着压力的增大而增大 ;摩擦阻力系数随着流速增大而增大 , 随着温 度的升高而减小 , 而其随着压力的变化特别复杂 .通过实验研究得出了 N2 泡沫压裂液在 15 ～ 45 M Pa 范围内摩擦阻力系数和广义雷诺数之间的计算关联式 , 其在本文实验工况下的平均计算误差 为 10 .2 %. 关键词 :N2 泡沫压裂液 ;两相流 ;阻力特性 ;室内实验 中图分类号 :T E357 .1+2 文献标识码 :A
2 实验结果及分析
N 2 泡沫压裂液为一宏观表现非牛顿性质的两
相流体 , 其外相和内相分别为非牛顿流体(羟丙基胍 胶硼交联液)和超临界状态下的 N 2 泡沫[ 3] .因羟丙 基胍胶硼交联液的特殊网状分子结构和超临界 N 2 泡沫特殊的热物性[ 4-5] , 事实上 , 这时 N 2 密度接近 液态 , 因此分散体系称为乳状液更合适 , 这使得研究
实验系统如图 1 所示 .其主体流程为 :高压氮气 瓶中的高压氮气经金属转子流量计后进入氮气高压 气泵增压 , 再与来自一台三柱塞泵的羟丙基胍胶交 联液充分混和后形成 N2 泡沫压裂液 , 后进入包敷 有保温材料的电加热段升温 , 然后 , N2 泡沫压裂液 进入水平的流变特性测量段(Υ16 ×4 或 Υ8 ×2), 特
图 3 温度和流速对摩擦压降梯度的影响
2 .3 温度和伴氮比例对液氮伴注泡沫压裂液摩擦 阻力系数的影响 相对于温度和伴氮比例(其定义为给定温度及
压力下氮气质量与全部泡沫液质量之比)对泡沫压 裂液摩擦压降梯度的影响而言 , 它们对于泡沫压裂 液摩擦阻力系数的影响更加复杂 , 这是因为摩擦阻 力系数在形式上不仅与摩擦压降梯度有关 , 而且与 流速 、密度都有关系[ 8-9] .
硼交联 N2 伴注泡沫压裂液的阻力特性研究
Study on the frictional pressure drop of borate-crosslinked N2 foam fracturing f luid
段百齐1 , 王树众1 , 沈林华1 , 管保山2 , 慕立俊2 , 周晓群2
(1 .西安交通 大学 动力工程多相流国家重点实验室 , 陕西 西安 710049; 2.长庆油田公司 油气工艺技术研究院 , 陕西 西安 710021)
图 5 伴注比例对摩擦系数的影响
压力对摩擦阻力系数的影响最为复杂 , 这是因
为压力的变化直接影响到密度 、流速 、摩擦压降等因
素 .为了描述压力的影响 , 通过模拟现场施工条件下
N2 泡沫压裂液在不同温度 、压力 、液氮伴注比例下
管流摩擦压降实验数据的处理 , 得到了摩擦阻力系
数 λ和广义雷诺数 Re′的实验关联式 λ=74 .116Re′-1.024 3 ,
收稿日期 :2005-07-08 基金项目 :国家自然科学基金资助项目(编号 :90210008) 作者简介 :段百齐(1977-), 男 , 陕西韩城人 , 主要从事油气田高效开发方面的研究工作 .
段百齐等 :硼交联 N 2 伴注泡沫压裂液的阻力特性研究
— 43 —
定长度实验段上的摩擦压降通过 EJA 差压变送器 实时采集 , 温度由热电偶实时采集 , 所测数据送入计
N 2 泡沫压裂液的阻力特性相对于研究单相压裂液
显得分外困难 .除了变形 、温度历史 、化学组成这些 标准参数外 , 对泡沫压裂液有重要影响的其他变量 包括泡沫液的泡沫质量和 构成 、两 相黏度 、界 面张 力 、压力 、温度 、剪切速率[ 6] .另外 , 流体的阻力特性 与流体的物性有很大关系 , 这是因为阻力特性总会 受到流体密度及黏度等参数的影响 , 对于泡沫液这 种两相流体的流动特性 , 则自然要同时受到内相物 性和外相物性的影响[ 7] .
n 偏离 1 的程度反映了流体非牛顿性质的强弱 .
管式流变仪基本方程
∫ 2v
D
τ3w
=
τ
w f (τ)τ2d τ,
0
(2)
式中 , D 为圆管直径 ;τw 为壁面切应力 .将式(1)代
入式(2), 得
∫ 2v
D
τ3w
=
τw 0
τ k
1/
n
τ2d
τ,
(3)
对式(3)积分 , 得
τw = k
8v D
n
3 n +1 4n
— 44 —
西安 石油大学学报(自然科学版)
2 .1 压力对液氮伴注泡沫压裂液的摩擦压降梯度 的影响 由图 2 可看出 , 随着流速增大 , 摩擦压降增大 .
流速越快 , 相间扰动越剧烈 , 流体和管壁间以及气液 两相间的摩擦作用加剧 , 流动阻力增大 ;此外 , 流速 增大 , 泡沫压裂液的剪切速率增大 , 两相流体的表观 黏度减小 , 这又导致管路中的摩擦压降减小 .因此 , 管流的摩擦压降梯度随流速的变化是这些因素综合 作用的结果 , 显然宏观紊流度的变化起着决定作用 , 总体上表现为流速增大 , 摩擦压降梯度增大 .
图 2 压力 和流速对摩擦压降梯度的影响
从图 2 还可看出 :当其它条件相同时 , 压力增 大 , 摩擦压降梯度增大 .这主要是由于泡沫压裂液为 气液两相流体 , 当压力增大时 , 外相(羟丙基胍胶交 联液)中网状分子的无规则运动减弱 , 分子排列变得 整齐 , 导致流动阻力减小 .而内相(N2)泡沫由于压 力的增大而溃灭为更多的尺寸较小的气泡 , 气泡间 相互影响的非线性作用增加 , 从而有加大摩擦阻力 的趋势 .在本实验范围内 , 压力较高 , 相同泡沫质量 下气泡的数量相对于较低压力下更多 , 此时气泡间 的相互影响作用占主导地位 , 因此摩擦压降梯度随 压力的增大总体上表现为增大的趋势 .也正是由于 液相分子规则排列所引起的摩擦阻力减小部分地抵 消了表观黏度增大所导致的摩擦阻力增大趋势 , 所 以从图中反映出压降梯度增大的变化幅度并不大 . 2 .2 温度对液氮伴注泡沫压裂液的摩擦压降梯度
表面活性剂浓度下降 , 没有足够的表面活性剂分散 在气泡膜上来弥补由于应力作用而削弱的气泡膜 , 导致气泡不稳定 , 使气泡在流动期间相互接触 , 相互 干扰作用增大 , 造成泡沫压裂液摩擦压降增大 .显然 这些影响因素中 , 外相的变化起到了主要作用 , 因而 随着温度升高 , 泡沫压裂液的摩擦压降梯度减小 .
液氮泡沫伴注压裂液的阻力性能对于有效实施 压裂工艺 、选择合理的压裂参数 、进行更为准确的裂 缝预测 、评估压裂效果都至关重要 .但是 , 目前在国 内外已公开发表的论文中对 N 2 泡沫压裂液阻力特 性研究很 少 , 所应 用的 实 验压 力绝 大部 分在 6 .5 M Pa 以下 .而实际的压裂过 程中 , 泵注压力达几十 兆帕 , 事实上这时 N2 泡沫压裂液中处于超临界流 体状态的 N2与临界点下的性质存在较大差异 , 使得 N2 泡沫液阻力特性发生巨大改变 , 低压条件下测得 的阻力特性数据不足以模拟实际高压应用条件 .基 于这些不同 , 模拟实际压裂条件(高压 , 高剪切速率) 来研究 N2 泡沫压裂液的阻力特性[ 1] .
图 4 温度对摩擦系数的影 响
由图 4 可以看出 , 摩擦阻力系数随着温度和流 速的增大而减小 , 而且随着流速的增加 , 温度对摩擦 阻力系数的影响减弱 .这是由于几个因素共同作用 引起的 .随着温度升高 , 泡沫压裂液比体积增大 , 相 当于泡沫的膨胀 , 使得流速增大 , 摩擦阻力系 数减 小 .另外 , 当流速和压力相同时 , 泡沫压裂液摩擦压 降梯度随着温度增高而减小 , 由 Darcy 公式可以分
算机显示存储 .最后 , 流体通过节流阀降压后进入旋
风分离器进行气液分离 , 氮气直接排空 , 液体进入缓 冲容器中破胶后排出[ 1] .
1 .配液池 ;2 .齿轮泵 ;3 .柱塞泵 ;4 .空气压气机 ;5 .储气罐 ; 6 .氮气瓶 ;7 .金属转子流量计 ;8 .气举泵 ;9 .安全阀 ;
10 .排空阀 ;11 .制止阀 ;12 .电加热器 ;13.电极 ;14 .热电偶 ; 15 .差压变送器 ;16 .压力计 ;17 .针阀 ;18 .分离器 ;19 .储液池
段百齐等 :硼交联 N 2 伴注泡沫压裂液的阻力特性研究
— 45 —
析得到 , 摩擦阻力系数随着温度增高而减小 . 图 5 反映了摩擦阻力系数随着伴注比例的增大
而增大 , 而且随着流速的 增大 , 伴 注比例的影响减 弱 .伴注比例对摩擦阻力系数的影响主要在于它对 泡沫液密度和因泡沫相互作用而引起的摩擦压降的 变化上 .
度 , m ;D 为管道内径 , m ;ρ为混合物的密度 , kg/ m3 ;
u 为混合物平均流速 , m/ s.
液氮泡沫压裂液液相为高分子网状结构 , 其对 气相具有很强的约束作用[ 2] , 而所添加的表面活性
剂和发泡剂使得泡沫分布更加均匀 , 故而将液氮伴 注泡沫压裂液用均相模型来处理[ 1] .
定义有效黏度
ηe =
D Δp 4L
/
8v D
.
(6)
水平管中的两相流动 , 其总压降可以表示为
ΔpL = Δp f +Δpa ,
(7)
由于实验中工质流速较低 , 加速度压降 Δpa 可忽略 不计 .则压降可由 Darcy 公式表示为
Δp f
= λDL
ρu 2 2
,
(8)
λ为摩擦阻力系数 ;L 为进行压降测量的实验段长
的影响 图 3 为摩擦压降梯度随温度的变化曲线 .可以 看出 , 随着温度升高 , 泡沫压裂液的摩擦压降梯度减 小 .随着温度升高 , 一方面胍胶交 联液长分子链热 解[ 8-9] , 使得其表观黏度减 小 , 流动变得更“顺 畅” , 造成流体与管壁间的摩擦切应力减弱 ;另外 , 温度升 高导致泡沫液中表面活性剂分解 , 使得泡沫气膜上
西安 石油大学学报(自然科学版) Journal of Xi′an Shiy ou U niversity(N atural Science Edition)
பைடு நூலகம்
文章编号 :1673-064X(2006)01-0042-04
J an .20 06 V ol.21 No .1
Bulkey 模型 , 一般很难得到模型常数 .为此 , 对于模
拟实际压裂条件下的 N 2 泡沫压裂液这种非牛顿流 体采用幂律模型来研究 .
幂律流体的本构方程为
f (τ)= τ/ k 1/ n ,
(1)
式中 , τ为切应力 ;k 为稠度系数 ;n 为流动指数 .当 n =1 时 , 方程(1)就是牛顿流体的本构方程 .因此 ,
n
,
(4)
式中(8v / D)为流动特征值 , 又称为视剪切速率 .对
式(4)取对数 , 得
lg τw =lg k
3 n +1 4n
n
+n lg
8v D
,
(5)
以实际压降 Δp 、流量 Q 整理成 τw =Δ4pLD 和8Dv , 在
双对数坐标图上 , 直线斜率 tg θ就是流变指数 n′;截
距就是流变系数 k′.
图 1 试验系统图
1 .3 实验原理 不同类型的压裂液具有不同的流变特性 , 有些
表现为牛顿型流动 , 有些则为非牛顿型流动 .在非牛
顿型流动的压裂液中 , 主要表现为幂律形式 .实际上
大多数压裂设计局限于幂律流变模型 , 这是因为对
于更 具描 述 性 的 流 变模 型 如 Ellis 或 Herschel -
1 实验原理与系统
1 .1 实验原料 实验应用的交联压裂液配方为 :0 .55 %的羟丙
基胍胶 +0 .5 %的 表 面活 性 剂 +0 .5 %起泡 剂 + 0 .1 %杀菌剂 +0 .12 %碳酸钠 +0 .3 %有机硼交联剂 +水 . 1 .2 实验回路
对非牛顿流体流变性能的测量可以采用各种仪 器进行 , 如细管式流变仪 、旋转圆筒黏度计 、锥板黏 度计 、控制应力流变仪等 , 考虑到实际压裂时高压 、 高剪切速率 、压力和温度变化较大的特点 , 本实验在 大型高参数泡沫压裂液实验回路(原理为管式流变 仪)上完成 .
摘要 :液氮泡沫伴注压裂液的阻力性能对于有效实施压裂工艺 、选择合理的压裂参数 、进行更为准 确的裂缝预测 、评估压裂效果都至关重要 .利用高参数泡沫压裂液实验回路详细研究了模拟实际压 裂条件下 N 2 泡沫压裂液的阻力特性 .研究表明 :N 2 泡沫压裂液的摩擦压降梯度随着流速的增大而 增大 , 随着温度的升高而减小 , 随着压力的增大而增大 ;摩擦阻力系数随着流速增大而增大 , 随着温 度的升高而减小 , 而其随着压力的变化特别复杂 .通过实验研究得出了 N2 泡沫压裂液在 15 ～ 45 M Pa 范围内摩擦阻力系数和广义雷诺数之间的计算关联式 , 其在本文实验工况下的平均计算误差 为 10 .2 %. 关键词 :N2 泡沫压裂液 ;两相流 ;阻力特性 ;室内实验 中图分类号 :T E357 .1+2 文献标识码 :A
2 实验结果及分析
N 2 泡沫压裂液为一宏观表现非牛顿性质的两
相流体 , 其外相和内相分别为非牛顿流体(羟丙基胍 胶硼交联液)和超临界状态下的 N 2 泡沫[ 3] .因羟丙 基胍胶硼交联液的特殊网状分子结构和超临界 N 2 泡沫特殊的热物性[ 4-5] , 事实上 , 这时 N 2 密度接近 液态 , 因此分散体系称为乳状液更合适 , 这使得研究
实验系统如图 1 所示 .其主体流程为 :高压氮气 瓶中的高压氮气经金属转子流量计后进入氮气高压 气泵增压 , 再与来自一台三柱塞泵的羟丙基胍胶交 联液充分混和后形成 N2 泡沫压裂液 , 后进入包敷 有保温材料的电加热段升温 , 然后 , N2 泡沫压裂液 进入水平的流变特性测量段(Υ16 ×4 或 Υ8 ×2), 特
图 3 温度和流速对摩擦压降梯度的影响
2 .3 温度和伴氮比例对液氮伴注泡沫压裂液摩擦 阻力系数的影响 相对于温度和伴氮比例(其定义为给定温度及
压力下氮气质量与全部泡沫液质量之比)对泡沫压 裂液摩擦压降梯度的影响而言 , 它们对于泡沫压裂 液摩擦阻力系数的影响更加复杂 , 这是因为摩擦阻 力系数在形式上不仅与摩擦压降梯度有关 , 而且与 流速 、密度都有关系[ 8-9] .
硼交联 N2 伴注泡沫压裂液的阻力特性研究
Study on the frictional pressure drop of borate-crosslinked N2 foam fracturing f luid
段百齐1 , 王树众1 , 沈林华1 , 管保山2 , 慕立俊2 , 周晓群2
(1 .西安交通 大学 动力工程多相流国家重点实验室 , 陕西 西安 710049; 2.长庆油田公司 油气工艺技术研究院 , 陕西 西安 710021)
图 5 伴注比例对摩擦系数的影响
压力对摩擦阻力系数的影响最为复杂 , 这是因
为压力的变化直接影响到密度 、流速 、摩擦压降等因
素 .为了描述压力的影响 , 通过模拟现场施工条件下
N2 泡沫压裂液在不同温度 、压力 、液氮伴注比例下
管流摩擦压降实验数据的处理 , 得到了摩擦阻力系
数 λ和广义雷诺数 Re′的实验关联式 λ=74 .116Re′-1.024 3 ,
收稿日期 :2005-07-08 基金项目 :国家自然科学基金资助项目(编号 :90210008) 作者简介 :段百齐(1977-), 男 , 陕西韩城人 , 主要从事油气田高效开发方面的研究工作 .
段百齐等 :硼交联 N 2 伴注泡沫压裂液的阻力特性研究
— 43 —
定长度实验段上的摩擦压降通过 EJA 差压变送器 实时采集 , 温度由热电偶实时采集 , 所测数据送入计
N 2 泡沫压裂液的阻力特性相对于研究单相压裂液
显得分外困难 .除了变形 、温度历史 、化学组成这些 标准参数外 , 对泡沫压裂液有重要影响的其他变量 包括泡沫液的泡沫质量和 构成 、两 相黏度 、界 面张 力 、压力 、温度 、剪切速率[ 6] .另外 , 流体的阻力特性 与流体的物性有很大关系 , 这是因为阻力特性总会 受到流体密度及黏度等参数的影响 , 对于泡沫液这 种两相流体的流动特性 , 则自然要同时受到内相物 性和外相物性的影响[ 7] .
n 偏离 1 的程度反映了流体非牛顿性质的强弱 .
管式流变仪基本方程
∫ 2v
D
τ3w
=
τ
w f (τ)τ2d τ,
0
(2)
式中 , D 为圆管直径 ;τw 为壁面切应力 .将式(1)代
入式(2), 得
∫ 2v
D
τ3w
=
τw 0
τ k
1/
n
τ2d
τ,
(3)
对式(3)积分 , 得
τw = k
8v D
n
3 n +1 4n
— 44 —
西安 石油大学学报(自然科学版)
2 .1 压力对液氮伴注泡沫压裂液的摩擦压降梯度 的影响 由图 2 可看出 , 随着流速增大 , 摩擦压降增大 .
流速越快 , 相间扰动越剧烈 , 流体和管壁间以及气液 两相间的摩擦作用加剧 , 流动阻力增大 ;此外 , 流速 增大 , 泡沫压裂液的剪切速率增大 , 两相流体的表观 黏度减小 , 这又导致管路中的摩擦压降减小 .因此 , 管流的摩擦压降梯度随流速的变化是这些因素综合 作用的结果 , 显然宏观紊流度的变化起着决定作用 , 总体上表现为流速增大 , 摩擦压降梯度增大 .
图 2 压力 和流速对摩擦压降梯度的影响
从图 2 还可看出 :当其它条件相同时 , 压力增 大 , 摩擦压降梯度增大 .这主要是由于泡沫压裂液为 气液两相流体 , 当压力增大时 , 外相(羟丙基胍胶交 联液)中网状分子的无规则运动减弱 , 分子排列变得 整齐 , 导致流动阻力减小 .而内相(N2)泡沫由于压 力的增大而溃灭为更多的尺寸较小的气泡 , 气泡间 相互影响的非线性作用增加 , 从而有加大摩擦阻力 的趋势 .在本实验范围内 , 压力较高 , 相同泡沫质量 下气泡的数量相对于较低压力下更多 , 此时气泡间 的相互影响作用占主导地位 , 因此摩擦压降梯度随 压力的增大总体上表现为增大的趋势 .也正是由于 液相分子规则排列所引起的摩擦阻力减小部分地抵 消了表观黏度增大所导致的摩擦阻力增大趋势 , 所 以从图中反映出压降梯度增大的变化幅度并不大 . 2 .2 温度对液氮伴注泡沫压裂液的摩擦压降梯度
表面活性剂浓度下降 , 没有足够的表面活性剂分散 在气泡膜上来弥补由于应力作用而削弱的气泡膜 , 导致气泡不稳定 , 使气泡在流动期间相互接触 , 相互 干扰作用增大 , 造成泡沫压裂液摩擦压降增大 .显然 这些影响因素中 , 外相的变化起到了主要作用 , 因而 随着温度升高 , 泡沫压裂液的摩擦压降梯度减小 .
液氮泡沫伴注压裂液的阻力性能对于有效实施 压裂工艺 、选择合理的压裂参数 、进行更为准确的裂 缝预测 、评估压裂效果都至关重要 .但是 , 目前在国 内外已公开发表的论文中对 N 2 泡沫压裂液阻力特 性研究很 少 , 所应 用的 实 验压 力绝 大部 分在 6 .5 M Pa 以下 .而实际的压裂过 程中 , 泵注压力达几十 兆帕 , 事实上这时 N2 泡沫压裂液中处于超临界流 体状态的 N2与临界点下的性质存在较大差异 , 使得 N2 泡沫液阻力特性发生巨大改变 , 低压条件下测得 的阻力特性数据不足以模拟实际高压应用条件 .基 于这些不同 , 模拟实际压裂条件(高压 , 高剪切速率) 来研究 N2 泡沫压裂液的阻力特性[ 1] .
图 4 温度对摩擦系数的影 响
由图 4 可以看出 , 摩擦阻力系数随着温度和流 速的增大而减小 , 而且随着流速的增加 , 温度对摩擦 阻力系数的影响减弱 .这是由于几个因素共同作用 引起的 .随着温度升高 , 泡沫压裂液比体积增大 , 相 当于泡沫的膨胀 , 使得流速增大 , 摩擦阻力系 数减 小 .另外 , 当流速和压力相同时 , 泡沫压裂液摩擦压 降梯度随着温度增高而减小 , 由 Darcy 公式可以分
算机显示存储 .最后 , 流体通过节流阀降压后进入旋
风分离器进行气液分离 , 氮气直接排空 , 液体进入缓 冲容器中破胶后排出[ 1] .
1 .配液池 ;2 .齿轮泵 ;3 .柱塞泵 ;4 .空气压气机 ;5 .储气罐 ; 6 .氮气瓶 ;7 .金属转子流量计 ;8 .气举泵 ;9 .安全阀 ;
10 .排空阀 ;11 .制止阀 ;12 .电加热器 ;13.电极 ;14 .热电偶 ; 15 .差压变送器 ;16 .压力计 ;17 .针阀 ;18 .分离器 ;19 .储液池
段百齐等 :硼交联 N 2 伴注泡沫压裂液的阻力特性研究
— 45 —
析得到 , 摩擦阻力系数随着温度增高而减小 . 图 5 反映了摩擦阻力系数随着伴注比例的增大
而增大 , 而且随着流速的 增大 , 伴 注比例的影响减 弱 .伴注比例对摩擦阻力系数的影响主要在于它对 泡沫液密度和因泡沫相互作用而引起的摩擦压降的 变化上 .
度 , m ;D 为管道内径 , m ;ρ为混合物的密度 , kg/ m3 ;
u 为混合物平均流速 , m/ s.
液氮泡沫压裂液液相为高分子网状结构 , 其对 气相具有很强的约束作用[ 2] , 而所添加的表面活性
剂和发泡剂使得泡沫分布更加均匀 , 故而将液氮伴 注泡沫压裂液用均相模型来处理[ 1] .
定义有效黏度
ηe =
D Δp 4L
/
8v D
.
(6)
水平管中的两相流动 , 其总压降可以表示为
ΔpL = Δp f +Δpa ,
(7)
由于实验中工质流速较低 , 加速度压降 Δpa 可忽略 不计 .则压降可由 Darcy 公式表示为
Δp f
= λDL
ρu 2 2
,
(8)
λ为摩擦阻力系数 ;L 为进行压降测量的实验段长
的影响 图 3 为摩擦压降梯度随温度的变化曲线 .可以 看出 , 随着温度升高 , 泡沫压裂液的摩擦压降梯度减 小 .随着温度升高 , 一方面胍胶交 联液长分子链热 解[ 8-9] , 使得其表观黏度减 小 , 流动变得更“顺 畅” , 造成流体与管壁间的摩擦切应力减弱 ;另外 , 温度升 高导致泡沫液中表面活性剂分解 , 使得泡沫气膜上