[发明专利]一种压裂用三相泡沫发生器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种压裂用三相泡沫发生器及其应用，属于石油天然气泡沫压裂产生泡沫流体的机械发生装置的技术领域。

背景技术

回顾国内外泡沫压裂历程,早在20世纪70年代,泡沫压裂液就在美国率先得到应用，发展到现在国外泡沫压裂工艺已经系统成熟。国内对泡沫压裂的研究与应用始于上世纪80年代后期。1988年辽河油田成功进行了N₂泡沫压裂液施工,1997年吉林油田引进美国SS公司CO₂泡沫压裂液设备进行了油层吞吐和CO₂助排压裂的应用,从此拉开了国内泡沫压裂液研究及应用的序幕。泡沫压裂液正逐渐在油气压裂领域尤其是非常规油气压裂领域推广开来。

泡沫压裂液形成的质量直接影响着泡沫的携砂能力，抗滤失能力，抗剪切能力及返排能力，进而影响泡沫压裂的施工安全及增产效果。现有泡沫发生器由于只是针对气液两相进行发泡，内部结构抗冲击能力差，在泡沫压裂施工中，无法抵抗固相支撑剂颗粒的冲击，易引发安全事故。

中国专利CN2743529公开的泡沫发生器，气体和液体在母管内混合后，进入固定的螺旋搅拌块搅拌形成泡沫。螺旋搅拌块由4头右螺旋搅拌块和4头左螺旋搅拌块交替构成。该装置的螺旋搅拌块部分在高压条件下抵抗固相颗粒的冲击、磨损的能力较差，不适合产生三相泡沫，且该装置只能进行一级发泡，无法控制产生泡沫的粒径大小及均匀度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种压裂用针对气、液、固的三相泡沫发生器，该发生器克服现有的泡沫发生器抗固相颗粒冲击能力差的不足,可产生致密均匀且携带固体颗粒泡沫流体的三相泡沫发生器。

本发明还提供一种上述压裂用三相泡沫发生器的应用。

本发明技术方案在于：

一种压裂用三相泡沫发生器，包括携砂液注入管、所述携砂液注入管顺次通过内管、震荡管和泡沫压裂液排出管相连通；在所述内管的外部套设有母管，所述母管的两端与所述内管的表面密封连接；在所述母管上贯通设置有配气管和排渣管；在所述内管的表面设置有气体喷射缝；所述内管的作用是使气体、支撑剂颗粒和泡沫基液第一次混合，所述母管的作用是使气体均匀进入内管同时承托内管中泄漏的液体及细颗粒；气体通过配气管进入母管后，经气体喷射缝喷射进入内管，与通过携砂液注入管进入内管的携砂液第一次充分混合；

所述的震荡管包括相对设置的第一三通管和第二三通管，所述三通管包括一个总管和个两个支管，所述第一三通管的两个支管分别与所述第二三通管的两个支管连通设置；所述震荡管的入口为所述第一三通管的总管，所述震荡管的出口为所述第二三通管的总管。所述震荡管的作用是使气体、支撑剂颗粒、泡沫基液充分震荡混合，形成满足质量要求泡沫压裂液。

根据本发明优选的，在所述内管的表面设置的气体喷射缝的面积和S_总截面与所述配气管的横截面积S_配气管和内管横截面积S_内管的关系如下：

S_总截面=1/2S_配气管=1/4S_内管。此处设计的优点在于，采用一定占比的气体喷射缝，使所述压裂用三相泡沫发生器在压裂时能以最短的时间调节出合适粒径的泡沫。

根据本发明优选的，所述震荡管中的所述支管和所述总管之间的夹角β为30°～45°。

根据本发明优选的，所述震荡管中的所述支管和所述总管之间的夹角β为35°；所述总管的长度为10.00cm，内径为7.63cm；所述支管的长度为15.00cm，内径为5.20cm。本发明所优选角度和结构的震荡管使流经的气体、支撑剂颗粒、泡沫基液三相产生震荡，混合充分，同时大大降低固、液、气三相压裂原料对夹角处管道内壁的冲击。

根据本发明优选的，所述内管与相邻设置震荡管的入口通过连接法兰相连。

根据本发明优选的，所述震荡管的数量为一个或多个，所述震荡管的出口与相邻设置震荡管的入口通过连接法兰相连。此处设计的优势在于：所述震荡管可以按照实际需要选择数量进行级联，所述震荡管间通过法兰连接，即可形成具有多级震荡结构的三相泡沫发生器；根据压裂地层的物性参数、压裂液泵注速度、压裂液砂比等参数选择泡沫压裂液的最优的气泡粒径：通过调整所述震荡管的数量进而调低形成泡沫压裂液的气泡粒径，从而达到最优值。

根据本发明优选的，所述排渣管的一端采用法兰封堵设置。