CN103623735B - 一种海上压裂液连续混配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上压裂液连续混配装置，其特征在于：它包括同轴双向搅拌装置、第一灌注泵、第二灌注泵、多级螺旋研磨泵、气压多头喷射混合装置、测量装置、回注管线和电磁阀；同轴双向搅拌装置对稠化剂和压裂液进行剪切、搅拌后得到稠化剂和压裂液的混合液，混合液经第一灌注泵泵入螺旋研磨泵中，经螺旋研磨泵研磨后进入气压多头喷射混合装置中，稠化剂和压裂液的混合液与海水在气压多头喷射混合装置中进行喷射混合；根据测量装置对配置压裂液测量的排量数据和海上作业对压裂液的需求量，一部分配置压裂液经测量装置进入第二灌注泵中后泵入井筒中；通过控制回注管线上的电磁阀，另一部分配置压裂液通过回注管线返回同轴双向搅拌装置中。

Description

一种海上压裂液连续混配装置

技术领域

本发明涉及一种用于海上低渗透油气田的压裂液混配装置，特别是关于一种海上压裂液连续混配装置。

背景技术

低渗透油气田的开发主要采用压裂技术改造油层，目前陆地油田进行压裂作业的技术已经比较成熟。压裂作业成功与否的关键很大程度上取决于压裂液质量的好坏，提高压裂液质量的主要方法是改进稠化剂性能和提高混配工艺。近年来国内投入大量精力研究稠化剂以提高稠化剂的性能，2003年后陆地使用混配设备性能也得到很大提高，连续混配设备及施工方案已基本成熟，并在国内各大油田逐步得到应用。但对于海上低渗透油气田的开发，由于受到海上作业施工场地限制、海上高投入高风险以及海上环保等因素影响，在陆地油田已比较成熟的压裂工艺技术很难直接用于海上。特别是适合海上使用的混配设备还需进一步研究。

过去压裂作业多采用以柴油为基液的油基压裂液，其在完成压裂填砂任务后泵返地面造成的污染后期处理难度大，如海上大规模推广应用压裂，必须考虑水基压裂液，但水基压裂液的高质量连续混配仍是世界性难题，主要问题是水化速度缓慢，以胍尔粉为主的稠化剂不易与水亲合，混配过程中也会形成大量水包粉（俗称鱼眼），不能二次循环后再混合，而且自然溶胀时间长（在120分钟以上），这些都不能满足海上压裂作业要求。为弥补水化速度不足的问题，提高配液设备性能及改进稠化剂性能就至关重要。海上目前是以批量提前混配方式混配压裂液，这样无法实现连续混配。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够对压裂液进行高质量、连续混配的海上压裂液连续混配装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海上压裂液连续混配装置，其特征在于：它包括一同轴双向搅拌装置、第一灌注泵、第二灌注泵、一多级螺旋研磨泵、一气压多头喷射混合装置、一测量装置、一回注管线和一电磁阀；所述同轴双向搅拌装置对注入其中的稠化剂和压裂液进行剪切、搅拌后得到稠化剂和压裂液的混合液，稠化剂和压裂液的混合液经所述第一灌注泵泵入所述螺旋研磨泵中，稠化剂和压裂液的混合液经所述螺旋研磨泵研磨后进入所述气压多头喷射混合装置中，在外部气压作用下，稠化剂和压裂液的混合液与注入所述气压多头喷射混合装置中的海水在所述气压多头喷射混合装置中进行喷射混合，得到满足海上作业需求的配置压裂液；根据所述测量装置对配置压裂液测量的排量数据和海上作业对压裂液的需求量，一部分配置压裂液通过所述测量装置进入所述第二灌注泵中，并通过所述第二灌注泵泵入井筒中；通过控制所述回注管线上的所述电磁阀，另一部分配置压裂液通过所述回注管线返回所述同轴双向搅拌装置中。

所述同轴双向搅拌装置包括一搅拌罐和若干搅拌器，若干所述搅拌器以所述搅拌罐的中心轴为轴心间隔均匀固定设置在所述搅拌罐中；所述搅拌罐设置成圆柱形，其包括一罐体、一上盖板和一下盖板，所述上盖板设置在所述罐体的上端，所述下盖板设置在所述罐体的下端，所述上盖板上开设有压裂液入口，所述下盖板上开设有压裂液出口；每一所述搅拌器包括一上电机、一上传动轴、一上搅拌叶、一联轴器、一下搅拌叶、一下传动轴和一下电机，所述上电机和下电机分别固定设置在所述上盖板和下盖板上，所述上传动轴的上端和下传动轴的下端分别连接在所述上电机和下电机的动力输出端，所述上传动轴的下端和下传动轴的上端通过所述联轴器连接，所述上搅拌叶和下搅拌叶分别固定在所述上传动轴和下传动轴上。

在所述上电机与所述上传动轴的上端连接位置以及所述下电机与所述下传动轴的下端连接位置均设置有一保护罩。

所述上搅拌叶和所述下搅拌叶的叶片数量设置为两个以上；所述上搅拌叶的叶片中有一个以上叶片水平设置，其余叶片与水平方向成锐角且斜向下设置；所述下搅拌叶的叶片中有一个以上叶片与水平方向成锐角且斜向上设置，其余叶片与水平方向成锐角且斜向下设置。

所述每一螺旋研磨泵包括一泵心轴和一套设在所述泵心轴外部的泵外壳体；所述泵心轴一端和与之对应的所述泵外壳体一端构成一泵入口，所述泵心轴另一端和与之对应的所述泵外壳体另一端构成一泵出口；所述泵心轴包括中心轴和在所述中心轴的外表面上设置的等间距或间距渐变的螺旋外螺纹；所述泵外壳体的内表面上设置有等间距或间距渐变的螺旋内螺纹；所述螺旋外螺纹的长度和螺旋内螺纹的长度对应设置，且所述螺旋外螺纹和螺旋内螺纹的旋向相反。

所述气压多头喷射混合装置包括若干喷射混合装置、一压裂液混合罐体、一海水管线和一压裂液总管线；若干所述喷射混合装置间隔设置在所述压裂液混合罐体中，并贯穿在所述海水管线上；所述压裂液混合罐体侧壁的下端开设有两个带阀门的出口；所述海水管线呈环形分布在所述压裂液混合罐体内部的下端，所述海水管线两端的连接处穿设在所述压裂液混合罐体上，所述海水管线两端的连接处为海水入口；所述压裂液总管线穿设在所述压裂液混合罐体上端的侧壁上,所述压裂液总管线的入口位于所述压裂液混合罐体外，所述压裂液总管线的出口位于所述压裂液混合罐体的中心轴处，并与所述喷射混合装置连接。

每一所述喷射混合装置均采用文丘里结构，其包括一贯穿所述海水管线管壁的压裂液分管线；所述压裂液分管线位于所述海水管线管壁内的部分开设有小孔，所述压裂液分管线和海水管线的贯穿处与所述压裂液分管线的出口之间的所述压裂液分管线上的部分为缩颈结构；在所述压裂液混合罐体中心轴的上端，所述压裂液分管线的入口连接所述压裂液总管线的出口。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用同轴双向搅拌装置对稠化剂和压裂液进行剪切、搅拌后得到稠化剂和压裂液的混合液，混合液经第一灌注泵泵入螺旋研磨泵中，经螺旋研磨泵研磨后进入气压多头喷射混合装置中，稠化剂和压裂液的混合液与海水在气压多头喷射混合装置中进行喷射混合；根据测量装置对配置压裂液测量的排量数据和海上作业对压裂液的需求量，一部分配置压裂液经测量装置进入第二灌注泵中后泵入井筒中；通过控制回注管线上的电磁阀，另一部分配置压裂液通过回注管线返回同轴双向搅拌装置中，因此本发明能够对压裂液进行高质量、连续混配，从而提高混配效率。2、本发明由于采用测量装置对配置压裂液的排量进行测量，并根据测得的排量数据控制回注管线上的电磁阀使未参与海上作业的配置压裂液通过回注管线返回同轴双向搅拌装置中，因此本发明便于现场实际操作、方便可靠。基于以上优点，本发明可以广泛应用于对海上压裂液的混配过程中。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

图2是同轴双向搅拌装置的整体结构示意图

图3是图2的俯视图

图4是螺旋研磨泵的整体结构示意图

图5是气压多头喷射混合装置的外部结构示意图

图6是气压多头喷射混合装置的内部结构示意图

图7是喷射混合装置的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的海上压裂液连续混配装置包括一同轴双向搅拌装置1、第一灌注泵2、第二灌注泵3、一多级螺旋研磨泵4、一气压多头喷射混合装置5、一测量装置6、一回注管线7和一电磁阀8。稠化剂和压裂液从压裂液入口注入同轴双向搅拌装置1后，同轴双向搅拌装置1对稠化剂和压裂液进行充分剪切、搅拌后得到稠化剂和压裂液的混合液，稠化剂和压裂液的混合液从压裂液出口流出后注入第一灌注泵2，第一灌注泵2将稠化剂和压裂液的混合液泵入螺旋研磨泵4中。螺旋研磨泵4对稠化剂和压裂液的混合液中的大颗粒物质进行充分研磨后，稠化剂和压裂液的混合液进入气压多头喷射混合装置5中，在外部气压作用下，稠化剂和压裂液的混合液与注入气压多头喷射混合装置5中的海水在气压多头喷射混合装置5中进行喷射混合，得到满足海上作业需求的配置压裂液。根据测量装置6对配置压裂液排量的测量和海上作业对压裂液的需求量，一部分配置压裂液通过测量装置6进入第二灌注泵3中，并通过第二灌注泵3泵入井筒（图中未示出）进行压裂施工作业；通过控制回注管线7上的电磁阀8，另一部分配置压裂液通过回注管线7返回同轴双向搅拌装置1，重新进入搅拌、研磨和喷射混合的处理过程。

上述实施例中，如图2、图3所示，同轴双向搅拌装置1包括一个搅拌罐11和若干搅拌器12，若干搅拌器12以搅拌罐11的中心轴为轴心间隔均匀设置在搅拌罐11中。搅拌罐11设置成圆柱形。

如图2所示，搅拌罐11包括一罐体111、一上盖板112和一下盖板113。上盖板112设置在罐体111的上端，下盖板113设置在罐体111的下端。其中，上盖板112上开设有压裂液入口，下盖板113上开设有压裂液出口。

如图2所示，每一搅拌器12包括一上电机121、一上传动轴122、一上搅拌叶123、一联轴器124、一下搅拌叶125、一下传动轴126和一下电机127。上电机121和下电机125分别固定设置在上盖板112和下盖板113上，上传动轴122的上端和下传动轴126的下端分别连接在上电机121和下电机127的动力输出端，上传动轴122的下端和下传动轴126的上端通过联轴器124连接，以使上传动轴122和下传动轴126能够分别在上电机121和下电机125的带动下实现同轴双向转动，上搅拌叶123和下搅拌叶125分别固定在上传动轴122和下传动轴126上。

如图2所示，在上电机121与上传动轴122的上端连接位置以及下电机127与下传动轴126的下端连接位置均设置有一保护罩128，用于保护上电机121和下电机127，防止有压裂液在搅拌过程中进入上电机121和下电机127中。

如图2所示，根据实际作业时搅拌罐11中流场的需要，上搅拌叶123和下搅拌叶125的叶片数量设置为两个以上，其中，上搅拌叶123的叶片中有一个以上叶片水平设置，其余叶片与水平方向成锐角且斜向下设置；下搅拌叶125的叶片中有一个以上叶片与水平方向成锐角且斜向上设置，其余叶片与水平方向成锐角且斜向下设置。

上述实施例中，如图3所示，每一螺旋研磨泵4包括一泵心轴41和一套设在泵心轴41外部的泵外壳体42。泵心轴41和泵外壳体42均连接在一外部驱动装置上（图中未示出）。泵心轴41一端和与之对应的泵外壳体42一端构成一泵入口，泵心轴41另一端和与之对应的泵外壳体42另一端构成一泵出口。根据实际作业需要，串联或并联多级螺旋研磨泵4，对压裂液材料颗粒以双向螺旋方式进行研磨。

如图3所示，泵心轴41包括中心轴411和在中心轴411的外表面上设置的等间距或间距渐变的螺旋外螺纹412。泵外壳体42的内表面上设置有等间距或间距渐变的螺旋内螺纹421，螺旋外螺纹412的长度与螺旋内螺纹421的长度对应设置，且螺旋外螺纹412和螺旋内螺纹421的旋向相反。泵心轴41的直径、泵外壳体42的直径以及螺旋外螺纹412和螺旋内螺纹421之间的距离根据现场作业对压裂液材料颗粒的要求以及作业需求确定。

上述实施例中，如图5和图6所示，包括若干喷射混合装置51、一压裂液混合罐体52、一海水管线53和一压裂液总管线54。若干喷射混合装置51间隔设置在压裂液混合罐体52中，并贯穿在海水管线53上。压裂液混合罐体52侧壁的下端开设有两个带阀门的出口（图中未示出），分别用于排出混合后的压裂液。海水管线53呈环形分布在压裂液混合罐体52内部的下端，海水管线53两端的连接处穿设在压裂液混合罐体52上，海水管线53两端的连接处为海水入口。压裂液总管线54穿设在压裂液混合罐体52上端的侧壁上,压裂液总管线54的入口位于压裂液混合罐体52外，压裂液总管线54的出口位于压裂液混合罐体52的中心轴处，并与喷射混合装置51连接。

如图7所示，每一喷射混合装置51均采用文丘里结构，其包括一贯穿海水管线53管壁的压裂液分管线511。压裂液分管线511位于海水管线53管壁内的部分开设有小孔，压裂液分管线511和海水管线53的贯穿处与压裂液分管线511的出口512之间的压裂液分管线511上的部分为缩颈结构。在压裂液混合罐体52中心轴的上端，压裂液分管线511的入口连接压裂液总管线54的出口。

采用本发明的海上压裂液连续混配装置对压裂液进行混配的方法包括以下步骤：

1）设置一包括一同轴双向搅拌装置1、第一灌注泵2、第二灌注泵3、一多级螺旋研磨泵4、一气压多头喷射混合装置5、一测量装置6、一回注管线7和一电磁阀8的海上压裂液连续混配装置。

2）将同轴双向搅拌装置1的压裂液出口连接第一灌注泵2的入口，第一灌注泵2的出口连接多级螺旋研磨泵4的入口，多级螺旋研磨泵4的出口连接气压多头喷射混合装置5的压裂液总管线54的入口，气压多头喷射混合装置5的一出口连接测量装置6的入口，气压多头喷射混合装置5的另一出口通过回注管线7连接同轴双向搅拌装置1的压裂液入口，测量装置6的出口连接第二灌注泵3的入口，第二灌注泵3的出口连接井筒（图中未示出）。电磁阀8设置在回注管线7上。

3）将稠化剂和压裂液从压裂液入口注入同轴双向搅拌装置1中，同轴双向搅拌装置1对稠化剂和压裂液进行充分剪切、搅拌后得到稠化剂和压裂液的混合液。

4）稠化剂和压裂液的混合液从压裂液出口流出后经第一灌注泵2泵入螺旋研磨泵4中，螺旋研磨泵4对稠化剂和压裂液的混合液中的大颗粒物质进行充分研磨

5）经充分研磨后的稠化剂和压裂液的混合液进入气压多头喷射混合装置5中，海水从海水管线53两端连接处的海水入口进入气压多头喷射混合装置5中，在外部气压作用下，经充分研磨后的稠化剂和压裂液的混合液与海水在喷射混合装置51中发生喷射混合，得到配置压裂液，配置压裂液通过压裂液分管线511的出口512进入压裂液混合罐体52中。

6）打开压裂液混合罐体52侧壁下端的阀门，一部分配置压裂液流入测量装置6，根据测量转置测得的排量数据，关闭该阀门，打开另一阀门，通过控制电磁阀8，使另一部分配置压裂液通过回注管线7回流到同轴双向搅拌装置1中。

7）重复步骤3）～步骤6），配置压裂液重新进入搅拌、研磨和喷射混合的处理过程。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种海上压裂液连续混配装置，其特征在于：它包括一同轴双向搅拌装置、第一灌注泵、第二灌注泵、一多级螺旋研磨泵、一气压多头喷射混合装置、一测量装置、一回注管线和一电磁阀；所述同轴双向搅拌装置对注入其中的稠化剂和压裂液进行剪切、搅拌后得到稠化剂和压裂液的混合液，稠化剂和压裂液的混合液经所述第一灌注泵泵入所述螺旋研磨泵中，稠化剂和压裂液的混合液经所述螺旋研磨泵研磨后进入所述气压多头喷射混合装置中，在外部气压作用下，稠化剂和压裂液的混合液与注入所述气压多头喷射混合装置中的海水在所述气压多头喷射混合装置中进行喷射混合，得到满足海上作业需求的配置压裂液；根据所述测量装置对配置压裂液测量的排量数据和海上作业对压裂液的需求量，一部分配置压裂液通过所述测量装置进入所述第二灌注泵中，并通过所述第二灌注泵泵入井筒中；通过控制所述回注管线上的所述电磁阀，另一部分配置压裂液通过所述回注管线返回所述同轴双向搅拌装置中。

2.如权利要求1所述的一种海上压裂液连续混配装置，其特征在于：所述同轴双向搅拌装置包括一搅拌罐和若干搅拌器，若干所述搅拌器以所述搅拌罐的中心轴为轴心间隔均匀固定设置在所述搅拌罐中；所述搅拌罐设置成圆柱形，其包括一罐体、一上盖板和一下盖板，所述上盖板设置在所述罐体的上端，所述下盖板设置在所述罐体的下端，所述上盖板上开设有压裂液入口，所述下盖板上开设有压裂液出口；每一所述搅拌器包括一上电机、一上传动轴、一上搅拌叶、一联轴器、一下搅拌叶、一下传动轴和一下电机，所述上电机和下电机分别固定设置在所述上盖板和下盖板上，所述上传动轴的上端和下传动轴的下端分别连接在所述上电机和下电机的动力输出端，所述上传动轴的下端和下传动轴的上端通过所述联轴器连接，所述上搅拌叶和下搅拌叶分别固定在所述上传动轴和下传动轴上。

3.如权利要求2所述的一种海上压裂液连续混配装置，其特征在于：在所述上电机与所述上传动轴的上端连接位置以及所述下电机与所述下传动轴的下端连接位置均设置有一保护罩。

4.如权利要求2或3所述的一种海上压裂液连续混配装置，其特征在于：所述上搅拌叶和所述下搅拌叶的叶片数量设置为两个以上；所述上搅拌叶的叶片中有一个以上叶片水平设置，其余叶片与水平方向成锐角且斜向下设置；所述下搅拌叶的叶片中有一个以上叶片与水平方向成锐角且斜向上设置，其余叶片与水平方向成锐角且斜向下设置。

5.如权利要求1或2或3所述的一种海上压裂液连续混配装置，其特征在于：所述每一螺旋研磨泵包括一泵心轴和一套设在所述泵心轴外部的泵外壳体；所述泵心轴一端和与之对应的所述泵外壳体一端构成一泵入口，所述泵心轴另一端和与之对应的所述泵外壳体另一端构成一泵出口；所述泵心轴包括中心轴和在所述中心轴的外表面上设置的等间距或间距渐变的螺旋外螺纹；所述泵外壳体的内表面上设置有等间距或间距渐变的螺旋内螺纹；所述螺旋外螺纹的长度和螺旋内螺纹的长度对应设置，且所述螺旋外螺纹和螺旋内螺纹的旋向相反。

6.如权利要求1或2或3所述的一种海上压裂液连续混配装置，其特征在于：所述气压多头喷射混合装置包括若干喷射混合装置、一压裂液混合罐体、一海水管线和一压裂液总管线；若干所述喷射混合装置间隔设置在所述压裂液混合罐体中，并贯穿在所述海水管线上；所述压裂液混合罐体侧壁的下端开设有两个带阀门的出口；所述海水管线呈环形分布在所述压裂液混合罐体内部的下端，所述海水管线两端的连接处穿设在所述压裂液混合罐体上，所述海水管线两端的连接处为海水入口；所述压裂液总管线穿设在所述压裂液混合罐体上端的侧壁上,所述压裂液总管线的入口位于所述压裂液混合罐体外，所述压裂液总管线的出口位于所述压裂液混合罐体的中心轴处，并与所述喷射混合装置连接。

7.如权利要求6所述的一种海上压裂液连续混配装置，其特征在于：每一所述喷射混合装置均采用文丘里结构，其包括一贯穿所述海水管线管壁的压裂液分管线；所述压裂液分管线位于所述海水管线管壁内的部分开设有小孔，所述压裂液分管线和海水管线的贯穿处与所述压裂液分管线的出口之间的所述压裂液分管线上的部分为缩颈结构；在所述压裂液混合罐体中心轴的上端，所述压裂液分管线的入口连接所述压裂液总管线的出口。