[发明专利]液氮压裂工况下对流换热系数的测量装置及其工作方法

说明书

本发明实施例提供了一种液氮压裂工况下对流换热系数的测量装置及其工作方法，其中，该装置包括：预热结构，用于对液氮加热；测量结构，与所述预热结构连接，加热后的液氮进入所述测量结构，所述测量结构用于模拟压裂管柱的不同压裂工况，测量不同压裂工况下液氮或超临界氮在模拟的压裂管柱内的相关数据；计算设备，与所述测量结构连接，用于根据所述相关数据计算不同压裂工况下液氮或超临界氮在模拟的压裂管柱内的对流换热系数。该方案实现了可以确定低温氮在压裂管柱内流动传热信息，为研究低温氮在压裂管柱内流动传热规律提供依据。

技术领域

本发明涉及石油开发技术领域，特别涉及一种液氮压裂工况下对流换热系数的测量装置及其工作方法。

背景技术

大型水力压裂技术是石油工业常用的增产技术，也是页岩气、致密油等非常规油气资源开发不可缺少的储层改造技术。常规大型水力压裂技术存在水资源消耗量大、易造成储层污染、返排液污染环境等固有缺陷，不适用于一些特殊储层(如水敏岩层等)的压裂改造。无水压裂技术是针对此类问题发展起来的储层改造新技术。液氮压裂技术作为无水压裂技术的一种，已有大量学者针对该项技术展开相关研究。

将超低温液氮从井口输送至井底是成功实施液氮压裂施工的前提，而准确预测压裂管柱内液氮或超临界氮瞬态温度、压力分布是保障液氮压裂施工安全的关键。调研文献后发现，针对液氮压裂工况下，低温氮在压裂管柱内流动传热规律的相关研究未见报道。

压裂施工具有注入压力高、泵注排量大等特点。而超低温液氮由井口流向井底过程中，受压裂管柱本身热容及环空传热的影响，温度将持续升高。准确预测压裂工况下(高压、高雷诺数)，不同温度液氮或超临界氮在圆管内的强制对流换热系数及流动摩阻，是计算液氮压裂过程中井筒温度和压力瞬态分布的前提。目前公开文献中，未发现有针对压裂工况下，液氮或超临界氮在圆管内流动传热规律的相关研究。

发明内容

本发明实施例提供了一种液氮压裂工况下对流换热系数的测量装置，以解决现有技术中无法确定低温氮在压裂管柱内流动传热信息的技术问题。该装置包括：

预热结构，用于对液氮加热；

测量结构，与所述预热结构连接，加热后的液氮进入所述测量结构，所述测量结构用于模拟压裂管柱的不同压裂工况，测量不同压裂工况下液氮或超临界氮在模拟的压裂管柱内的相关数据；

计算设备，与所述测量结构连接，用于根据所述相关数据计算不同压裂工况下液氮或超临界氮在模拟的压裂管柱内的对流换热系数。

本发明实施例还提供了一种液氮压裂工况下对流换热系数的测量装置的工作方法，以解决现有技术中无法确定低温氮在压裂管柱内流动传热信息的技术问题。该方法包括：

通过预热结构对液氮加热；

将加热后的液氮输入测量结构，通过所述测量结构模拟压裂管柱的不同压裂工况，测量不同压裂工况下液氮或超临界氮在模拟的压裂管柱内的相关数据；

通过计算设备根据所述相关数据计算不同压裂工况下液氮或超临界氮在模拟的压裂管柱内的对流换热系数。

在本发明实施例中，通过设置预热结构、测量结构以及计算设备，使得可以模拟压裂管柱的不同压裂工况，并测量不同压裂工况下液氮或超临界氮在模拟的压裂管柱内的相关数据，进而计算不同压裂工况下液氮或超临界氮在模拟的压裂管柱内的对流换热系数，实现了可以确定低温氮在压裂管柱内流动传热信息，为研究低温氮在压裂管柱内流动传热规律提供依据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种液氮压裂工况下对流换热系数的测量装置的结构框图；

图2是本发明实施例提供的一种液氮压裂工况下对流换热系数的测量装置的结构示意图；