5研究简报施工条件下0，2泡，压裂液的对流换热特性树。6.斌林韦虎志私张爱舟昝元峰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引jj 7尺力压裂是油气井，产注水井增注的项重要技米在开发低渗透率油气田中压裂起到了关键性的作用，本来没有工业价值的油气田经压裂后可变为有相当储量及相当开发规模的大油气田。 在影响压裂成败的诸因素中重要的是压裂液及其性能，7寸于大型压裂，这个因素就更为突出。压裂液的类型及其性能对能否造出条足够尺寸的有足够导流能力的裂缝有着重要的影响。 泡沫作为压裂液在20世纪70年代初获得广泛应用，通常为气体，或与压裂液如水基聚合物羟丙基胍胶等的两相混合物。由于它具有油以伤害低返排能力强滤失钻小用液效率高黏度适当携砂能力强等特点，在压裂液体系中占据了相当重要的地位。目前在国外，泡沫压裂液占整1压揠夜体系的305压裂液的流变特性如观黏度流变参数热稳定性剪切稳定性等对于携砂能力造缝能力以及管流压降的预测具有决定性的作用，将直接影响到压裂参数的选择压裂效果的评估。对，2泡沫压裂液流变特性的研究参作者的另文献，在此不作说明。在影响压裂液流变特性的诸多因素中温度的影响巨大，而在泵注过程或裂缝中泡沫流体不断和地层岩石间进行换热，使得流体的温度由地面温度不断升高，*终在裂缝中达到平衡的地层温度，其间温升达数十度。因此，没有对泡沫流体温度场的准确计算，要进行管流压力携砂能力造缝尺寸等的准确评价也是不可能的。在对泡，流体温度场的计算中*重要的点就是要确定泡，流体管流的对流换热规律，目前尚未有关，2泡沫压裂液对流换热规律实验研究的报道，更没有模拟实际施工条件下的管流对流换热的实验研究，由此可对该问研究不足。从国内外己发的文献来看，实验中0，2绝大部分处于气体状态，此时研究压力很高，达几十兆帕，油管和套管中的温度也较高，事实上已经超过了002的临界状态7.382触山31.16，此时，2处于超临界状态，与气体状态时的性质有很大不同，由它所形成的两相混合物也就不同于气液两相流。因此，对002处于超临界状态下与非牛顿压裂液两相混合物的换热特性体的换热特性研究上也具有学术新颖性，这也是本研究的突出特点。 1实验系统1.1实验方案泡，压裂液在油管中流动时的温度变化取决于泡，压裂液管材岩石间换热的强弱，对此可采用复壁传热理论进行计算，而其中*为关键的就是对泡沫压裂液在油管中流动时对流换热规律的正确描述。 0，2泡沫压裂液圆管内对流换热的传热系数该微元段入口的温度为；出口温度为，则流体的定性温度为七+微元段内管壁温度为该微元段内对流换热的传热系数为则该微元段的换热量为泡，流体的比定压热容，广屹，根据热平衡可得实验中1；分别用热电偶测得，并通过厦数据采集板进行实时采集和存储1.2实验回路泡沫压裂液实验回路上进行的，实验系统及其主体流程的详细说明参文献1.对流换热特性的实验研究是在垂直向下的实验段+16，父4，上进行的，同时该实验段还用于进行泡沫压裂液油管流动的压力梯度和温度梯度的实验研究。 本实验的压力范围为20，40山温度范围为20.实验流体为，2与胍胶液的混合物，胍胶液按照油田的现场施工要求进行配制，具体为0.7的羟丙基胍胶+0.5的面活性剂+ 1.0的起泡剂+97.8的水。 1.3数据处理由于本实验范围变化较大，故必须按变物性进行处理。对胍胶液来说，由于97.8为水，因此除黏度由实验测得外，其他物性如密度比热容和热导率等都可按水的物性近似计算。实验中，0，2处于超临界区域。水的物性和0，2的物性计算方法可参照文献2.0泡沫压裂液的比定压热容和热导率的物性计算公式如下度；为泡，质量，即，在两相混合物中的体积分数。 由于0，2泡，压裂液具有幂律流体特性，故采用非牛顿流体的处理方法，其广义化1如数为液的流速，81；为圆管内径，1为压裂液的有效黏度，33；〃为非牛顿流体的流态指数；灸为稠度系数。不同流动条件下032泡沫压裂液的流变特性如，灸值和有效黏度，等的实验结果和计算关联式在作者的另篇论文中有详细研究1在此不再赘述。 在，泡，压裂液的管内对流换热过程中，壁温与流体主体温度的不同使得靠近壁面的流体黏度和管子中心的流体黏度相差很大，影响泡沫压裂液下的观黏度。 考虑泡，压裂液为幂律流体参照文献3，黏度校正项可简化为下的稠度系数。 此外，对于幂律流体的对流换热，考虑到幂律行为对传热的影响，引入幂律行为修正项13. 综合以上分析，对竖直管中泡，压裂液的对流换热用如下关系式进行处理流换热的传热系数，1. 2实验结果及分析对流换热特性进行了仔细研究，研究了温度压力泡，质量混合物流量等因素对泡，流体对流换浦遍熬，碟为对出，2泡，压裂液的对流换热特性如下。 2.1流量对泡，压裂液传热系数的影响由2可，在其他条件不变时，2泡，压裂液对流换热的传热系数随着流量2的增加而增加。 实验结果分析在本实验条件下泡沫流体的流动为层流，流体的流变特性符合幂律流体规律，在其他物性条件不变的情况下，流量2增大，相应地办外也增大，因此由式12可以看出数将随之增大，即对流换热的传热系数也就相应增加。 2.2温度对泡，压裂液传热系数的影响由3可以看出，泡，压裂液的对流换热的传热系数随着温度的升高而增加。 实验结果分析在本实验中，泡，流体的流动处于层流状态，幂律流体的层流换热公式可近似描述为将该换热公式进步变形，得影响较小，在分析时可以忽略。为常数，质量流率⑷恒定。 本实验的压力范围为20，40厘，温度范围为2，10，1.在此条件下，泡沫压裂液的比定压热容随着温度的升高而增加，热导率随着温度升高，传热系数，也相应增大。 23压力对泡，压裂液传热系数的影响实验结果分析在其他条件不变的情况下，随着压力的增大，泡沫压裂液的比定压热容减小，热导率增大。因此，传热系数的变化是和入综合作用的结果，取决于泡沫流体的和随压力变化的幅度大小。就数量级变化上来说，压力对的影响比入大，所以随着压力的增大更多地24实验关联式根据式将所获得的实验数据进行处理，分别得到如下不同泡沫质量时的对流换热关联43广以上各关联式的计算误差在15范围内，其适用范围为压力2040厘山温度20100；3结论在大型泡沫压裂液实验回路上，对具有非牛顿流体流动特性的，泡沫压裂液在模拟实际压裂条件下的管内对流换热特性进行了详细的实验研宄，得到了相应的计算关联式，从而为进行油管及裂缝中温度场的计算压裂参数的优化选择以及实际压裂效果的准确评价提供了直接的实验依据。 在模拟实际压裂条件下，2泡沫压裂液影响比较复杂，条件不同时其影响也不同，但通常随着压力的增加，对流换热的传热系数更多地现为下降的趋势。 然气化工，2003，32 2如只出山笔居怀明。只出也，叩，1喂31仙纽313，16，於，1只灿017汉3载热质热物性计算程序及数据手册。66嗯峨，199033纽0，1出笔沈崇堂，以如1犯1刘鹤年。从。此1如