CN103816821B - 一种压裂液连续混配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂液连续混配方法。该方法包括：混合步骤：将第一预混溶液、第二预混溶液以及各种液体化学添加剂同时进行混合得到压裂液；以及发液步骤：将所述混合步骤得到的压裂液供给、排出。该方法将干粉、多种添加剂同时加入，压裂液无“水包粉”现象，溶液粘度上升快、混配均匀。

Description

一种压裂液连续混配方法

技术领域

本发明属于油气田压裂施工配液工艺技术领域，具体涉及一种压裂液连续混配方法。

背景技术

水力压裂技术是提高油气井产能和采收率的最重要增产措施之一，在水力压裂技术中，压裂液混配性能的好坏直接关系到压裂施工的成败和影响压后增产效果的重要因素。压裂液的主要成分包括稠化剂、水、其它固体添加剂以及粘土稳定剂、助排剂等各类液体化学添加剂，由以上成分配制成具有一定粘度的液体，其中，各种物料混合均匀程度及最终黏度高低是压裂液混配质量好坏的评测手段。

传统的压裂液混配方法为间歇式配液法，即利用一池水或一罐水，依靠人工计算称量各物料所需添加量，然后按配比向池内或罐内投入氯化钾粉料，经过长时间搅拌循环溶解后，投入稠化剂及其它液体添加剂，在经过2-3小时机械搅拌及循环水合后，得到配制好的压裂液。但这种人工间歇配液方式配制的压裂液质量较差，“水包粉”严重，粘度不均匀，而且间歇作业，混配时间长，只能混批混用，压裂作业不能连续进行。随着油田施工效率要求的提高，以及大规模压裂的发展，传统的配液方式，无论从质量上还是供应量上，已经无法满足压裂作业需求。

国外BakerHughes、Halliburton和Schlumberger等大型油气服务公司针对北美等地区压裂作业特点，研制出不同压裂液连续混配装置。但是均采用浓缩液混合方式，即先将特定的稠化剂与有机溶剂混合得到稠化剂浓缩液，然后再将浓缩液与水及其它各类液体添加剂混合。这种混合方式不仅需要特定的稠化剂，而且需要大量的有机溶剂，不适于我国压裂作业使用。国内设计的压裂液连续混配装置，利用高效射流装置能够实现特定稠化剂与水的直接混合，然后添加其它各类化学添加剂，得到连续的压裂液产品。但是这种混合方式限制了稠化剂的使用范围，配液量较小，不能直接用于连续压裂作业过程。

通过以上分析，油田压裂施工需要设计一种能够满足各类稠化剂添加使用，并且能够满足连续压裂作业要求的连续配液方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种压裂液连续混配方法，该方法能够适用所有类型稠化剂的混配，能够同时添加其它各类固体、液体添加剂，配制的压裂液质量高，能够满足连续压裂作业要求。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种压裂液连续混配方法，包括如下步骤：

混合步骤：将第一预混溶液、第二预混溶液以及各种液体化学添加剂同时进行混合得到压裂液；

发液步骤：将所述混合步骤得到的压裂液供给、排出；

其中：所述第一预混溶液为稠化剂与水的混合物；所述第二预混溶液为所述稠化剂以外的固体添加剂与水的混合物。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述第一预混溶液中，所述稠化剂与水的质量比为0.05-20:100（比如0.5：100、1：100、2：100、4：100、8：100、12：100、16：100）；在所述第二预混溶液中，所述固体添加剂与水的质量比为0.5-50:100（比如1：100、2：100、4：100、8：100、12：100、16：100、20：100、24：100、32：100、40：100、48：100）。

该压裂液连续混配方法的配液量可以按需求随时调节，作为一种优选实施方式，该方法得到的压裂液排量可达1-30方/分钟。在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述第一预混溶液是通过以下方式获得的：加入稠化剂的同时加入水，并控制单位时间内所述稠化剂与水的质量比为0.05-20:100（比如0.5：100、1：100、2：100、4：100、8：100、12：100、16：100）；所述第二预混溶液是通过以下方式获得的：加入固体添加剂的同时加入水，并控制单位时间内所述固体添加剂与水的质量比为0.5-50:100（比如1：100、2：100、4：100、8：100、12：100、16：100、20：100、24：100、32：100、40：100、48：100）；优选地，所述单位时间为秒。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述第一预混溶液的获得、所述第二预混溶液的获得、所述混合步骤中原料的添加均由PLC控制系统控制，以实现自动定量添料；优选地，所述PLC控制系统还具有远程功能，将PLC控制系统产生的信号远传给目标物。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述稠化剂（又称增稠剂）为瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、田箐胶、香豆胶、魔芋胶、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素中的一种或多种。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述稠化剂以外的固体添加剂为氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化镁、柠檬酸、亚硫酸氢钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠和硫代硫酸钠中的一种或多种。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述各种液体化学添加剂包括杀菌剂、助排剂、粘土稳定剂、温度稳定剂、破乳剂和PH调节剂；优选地，所述各种液体化学添加剂的总添加量占所述压裂液总质量的0.01%-20%（比如0.1%、1%、5%、10%、15%）；所述杀菌剂为戊二醛、氯苯氧化物和季氨化合物中的一种或多种；所述粘土稳定剂为无机盐类粘土稳定剂，更优选为氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙和氯化镁中的一种或多种；所述温度稳定剂为硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠和三乙醇胺中的一种或多种；所述PH调节剂为醋酸、柠檬酸、亚硫酸氢钠、富马酸、氨基磺酸、盐酸、硝酸、磷酸二氢钠二水、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾和氧化镁中的一种或多种。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述压裂液中，所述稠化剂用量占压裂液总质量的0.001%-5%（比如0.01%、0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%），所述稠化剂以外的固体添加剂占所述压裂液总质量的0.001%-10%（比如0.01%、0.1%、0.5%、1%、3%、5%、7%、9%）。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述混合步骤中，加入第一预混溶液、第二预混溶液以及各种液体化学添加剂同时还可以加入水。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述混合步骤中，采用流体混合器进行混合，所述流体混合器包括：罐体，内部设有腔体；多个隔板，平行且竖直地设于所述罐体内部的所述腔体中，且所述隔板的高度小于所述腔体的内部高度，相邻所述隔板的上端和下端分别固定于所述腔体的侧壁上，以在所述隔板的自由端和所述腔体的侧壁之间、相邻的所述隔板之间形成一液体通道；优选地，所述混合罐还包括：挡板，一端固定于所述隔板的侧面，另一端向下倾斜并与相邻的另一所述隔板保持距离；更优选地，在所述混合罐的底部设有连通所述罐体外部的通孔，以避免液体残留于所述罐体内部或清罐使用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

第一预混溶液、第二预混溶液的配制，以及液体化学添加剂的同时添加，不仅在混配方法上实现了质的突破，而且这种混配方法适用于各种物料，大大降低了压裂作业成本。采用本发明方法可以实现在线连续配制的压裂液，而且压裂液无“水包粉”现象，溶液粘度上升快、混配均匀，压裂液质量高。

附图说明

图1是本发明压裂液连续混配方法流程图；

图2是本发明流体混合器的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：4-流体混合器；41-罐体；42-混合器进口；43-混合器出口；隔板-44；挡板-45；401-相邻隔板之间的间隙；402-开口；403-通孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，其为本发明实施例提供的压裂液连续混配方法的流程图。

以下实施例中混合步骤使用的流体混合器具有如下结构：

流体混合器4包括罐体41、多个隔板44、多个挡板45。罐体41为中空结构，内部为一腔体，该腔体通过用于输入液体的进口42、用于输出液体的出口43连接，如图2所示，箭头表示了液体的流动方向。隔板44平行且竖直地设于罐体41内部的腔体中，每一隔板44的高度均小于腔体的内部高度（即相对侧壁间的垂直距离），使得隔板44的一端和腔体的侧壁之间形成一开口402。相邻隔板44的上端和下端分别固定于腔体的侧壁上。挡板45一端固定于隔板44的侧面，另一端向下倾斜并与相邻的另一隔板44保持距离。这样，进口42、开口402、相邻隔板44之间的间隙401、出口43就形成了一液体通道。优选地，在液体通道的底部即罐体41的底部设有连通罐体41外部的通孔403，以避免液体残留于罐体41内部或清罐使用。

具体而言，流体混合器4是将来自第一混合系统的第一预混溶液、来自第二混合系统的第二预混溶液以及来自液体添加系统的各种液体化学添加剂进行充分混合，然后经发液泵输出到发液管汇，发液管汇可直接打入混砂车，实现完全连续配液混砂。在流体混合器4中，混合液由进口42进入罐体41内部，经由开口402进入间隙401后向下经过两层挡板45改变两次流向，然后再重复此过程后出罐，得到混合均匀的压裂液。

以下实施例中使用的稠化剂自动上料计算系统、固体添加剂自动上料计算系统均为本领域常规设备，只要能够实现自动定量上料即可。第一混合系统和第二混合系统均为本领域常规设备，其可以为带有机械搅拌装置的设备和/或者市售的静态混合设备。供水系统为本领域常规设备，其包括多个水泵，并且供水量可以调整。发液系统为本领域常规设备，其包括发液泵，并且可定量自动发液。

下面对压裂液连续混配方法进行举例说明。

实施例1

混配方法如下：

步骤一，通过稠化剂自动上料计算系统将瓜尔胶自动定量上料至第一混合系统中，同时通过供水系统将清水也供给至第一混合系统中，通过PLC（可编程逻辑控制器）控制系统控制稠化剂自动上料计算系统和供水系统的添料速度，以保证每秒内瓜胶粉与水的质量比为5:100，最终得到第一预混溶液。

在进行步骤一的同时进行步骤二，步骤二具体为：通过固体添加剂自动上料计算系统将氯化钠自动定量上料至第二混合系统中，同时通过供水系统将清水也供给至第二混合系统中，通过PLC控制系统控制固体添加剂自动上料计算系统和供水系统的添料速度，以保证每秒内氯化钠盐粉与水的质量比为20:100，最终得到第二预混溶液。

步骤三，将步骤一得到的第一预混溶液、步骤二得到的第二预混溶液、来自液体添加系统的各种液体化学添加剂以及水同时泵入流体混合器中充分混合得到压裂液，其中，第一预混溶液、第二预混溶液、各种液体化学添加剂和水添料速度和比例由PLC控制系统控制，各种液体化学添加剂为杀菌剂、助排剂、粘土稳定剂和破乳剂。本发明得到的压裂液中，液体化学添加剂的总添加量占压裂液总质量的2.5%，瓜尔胶粉用量占压裂液总质量的0.8%，氯化钾盐粉占所述压裂液总质量的2%。

步骤四，当压裂液到达指定高度时，通过自动发液系统的发液泵将压裂液自动定量的发液至混砂车。

该实施例实现了压裂液的连续、大流量完全配制；连续配制的压裂液无“水包粉”现象，溶液粘度上升快（3分钟内压裂液黏度达到45厘泊以上）、混配均匀（压裂液整体黏度均匀，无分层现象），压裂液质量高（交联）。

实施例2

混配方法如下：

步骤一，通过稠化剂自动上料计算系统将聚丙烯酰胺自动定量上料至第一混合系统中，同时通过供水系统将清水也供给至第一混合系统中，通过PLC控制系统控制稠化剂自动上料计算系统和供水系统的添料速度，以保证每秒内聚丙烯酰胺与水的质量比为10:100，最终得到第一预混溶液。

在进行步骤一的同时进行步骤二，步骤二具体为：通过固体添加剂自动上料计算系统将柠檬酸自动定量上料至第二混合系统中，同时通过供水系统将清水也供给至第二混合系统中，通过PLC控制系统控制固体添加剂自动上料计算系统和供水系统的添料速度，以保证每秒内柠檬酸与水的质量比为5:100，最终得到第二预混溶液。

步骤三，将步骤一得到的第一预混溶液、步骤二得到的第二预混溶液、来自液体添加系统的各种液体化学添加剂以及水同时泵入流体混合器中充分混合得到压裂液，其中，第一预混溶液、第二预混溶液、各种液体化学添加剂和水添料速度和比例由PLC控制系统控制，各种液体化学添加剂为缓蚀剂、助排剂、铁离子稳定剂和发泡剂。本发明得到的压裂液中，液体化学添加剂的总添加量占压裂液总质量的5%，聚丙烯酰胺用量占压裂液总质量的1%，柠檬酸粉占所述压裂液总质量的0.15%。

步骤四，当压裂液到达指定高度时，通过自动发液系统的发液泵将压裂液自动定量的发液至混砂车。

该实施例实现了压裂液的连续、大流量完全配制；连续配制的压裂液无“水包粉”现象，溶液粘度在2分钟内达到调挂实验要求；上升快、混配均匀，压裂液质量高。而且，通过该方法配制压裂液，可使得压裂液的排量达到1～30m³/分钟。

上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压裂液连续混配方法，其特征在于，包括如下步骤：

混合步骤：将第一预混溶液、第二预混溶液以及各种液体化学添加剂同时进行混合得到压裂液；

发液步骤：将所述混合步骤得到的压裂液供给、排出；其中：

所述第一预混溶液为稠化剂与水的混合物；所述第二预混溶液为所述稠化剂以外的固体添加剂与水的混合物；

所述稠化剂为瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、田箐胶、香豆胶、魔芋胶、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素中的一种或多种；

所述稠化剂以外的固体添加剂为氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化镁、柠檬酸、亚硫酸氢钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠和硫代硫酸钠中的一种或多种；

所述各种液体化学添加剂包括杀菌剂、助排剂、粘土稳定剂、温度稳定剂、破乳剂和pH调节剂；

所述第一预混溶液中，所述稠化剂与水的质量比为0.05-20:100；在所述第二预混溶液中，所述稠化剂以外的固体添加剂与水的质量比为0.5-50:100；

所述第一预混溶液是通过以下方式获得的：加入稠化剂的同时加入水，并控制单位时间内所述稠化剂与水的质量比为0.05-20:100；所述第二预混溶液是通过以下方式获得的：加入所述稠化剂以外的固体添加剂的同时加入水，并控制单位时间内所述稠化剂以外的固体添加剂与水的质量比为0.5-50:100；

所述各种液体化学添加剂的总添加量占所述压裂液总质量的0.01％-20％；所述杀菌剂为戊二醛、氯苯氧化物和季氨化合物中的一种或多种；所述粘土稳定剂为无机盐类粘土稳定剂；所述温度稳定剂为硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠和三乙醇胺中的一种或多种；所述pH调节剂为醋酸、柠檬酸、亚硫酸氢钠、富马酸、氨基磺酸、盐酸、硝酸、磷酸二氢钠二水、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾和氧化镁中的一种或多种；

所述压裂液中，所述稠化剂的用量占压裂液总质量的0.001％-5％，所述稠化剂以外的固体添加剂的用量占所述压裂液总质量的0.001％-10％；

在所述混合步骤中，加入所述第一预混溶液、所述第二预混溶液以及所述各种液体化学添加剂的同时加入水。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法得到的压裂液排量达到1-30方/分钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单位时间为秒。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预混溶液的获得、所述第二预混溶液的获得、所述混合步骤中原料的添加均由PLC控制系统控制，以实现自动定量添料。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述PLC控制系统还具有远程功能，将PLC控制系统产生的信号远传给目标物。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘土稳定剂为氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙和氯化镁中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述混合步骤中，采用流体混合器进行混合，所述流体混合器包括：罐体，内部设有腔体；多个隔板，平行且竖直地设于所述罐体内部的所述腔体中，且所述隔板的高度小于所述腔体的内部高度，相邻所述隔板的上端和下端分别固定于所述腔体的侧壁上，以在所述隔板的自由端和所述腔体的侧壁之间、相邻的所述隔板之间形成一液体通道。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述混合罐还包括：挡板，一端固定于所述隔板的侧面，另一端向下倾斜并与相邻的另一所述隔板保持距离。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在所述混合罐的底部设有连通所述罐体外部的通孔，以避免液体残留于所述罐体内部。