CN103821493B - 酸化压裂液连续混配供送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酸化压裂液连续混配供送方法，包括如下步骤：混合步骤：将增稠剂预混溶液、酸液以及各种液体添加剂同时送入整体混合系统进行溶液混合，从而得到混合均匀的酸化压裂液；发液步骤：将所述混合步骤得到的酸化压裂液供给排出。采用本发明的混合方法能够实现水、酸液、干粉或膏体、以及各种液体添加剂的连续混配供送，混合效果好，混配均匀，压裂液质量高；另外，连续自动配酸工艺的实现，减少大量人工成本，降低对储液罐的需求，节约了施工液体，节省设备成本。

Description

酸化压裂液连续混配供送方法

技术领域

本发明涉及油气田酸化压裂施工配液工艺技术领域，具体地，涉及一种酸化压裂液连续混配供送方法。

背景技术

酸化压裂是碳酸岩、复杂岩性裂缝性油藏最有效的增产措施。酸化压裂液质量高低直接决定改善地层渗透性的好坏，酸化压裂液主要成分包括盐酸、氢氟酸、稠化剂（聚丙烯酰胺）、缓蚀剂、助排剂、表面活性剂等，在酸化作业中，需要提前将所有物料混合均匀，而制约酸化作业的关键技术是酸液的连续混配。

目前酸化压裂液的混配都采用传统的方式，主要是先人工计算、称量，再将浓酸、清水及各种添加剂注入储液罐中，通过人工结合现场简单设备进行循环配酸，实现酸液的均匀混配。这种方式存在很多问题，主要有：（1）由于酸化压裂液需求量大，间歇式配液，需要大量的储酸罐，压裂设备成本高；（2）配液过程需要较多的人工操作，现场工作人员的劳动强度大；（3）配酸中使用的浓盐酸和氢氟酸都具有较强的挥发性和腐蚀性，现场存在很多安全隐患；（4）因施工中有很多不确定因素，先配液后施工往往导致剩余液体的浪费；（5）酸化压裂液粘度较大，酸液输送困难，在酸化压裂液混配过程中，物料混合采用离心泵经管道连接在酸化压裂液罐内打循环而达到不同物料之间的均匀混合时，酸化压裂液成分复杂，需要添加的物质黏度、密度、PH值等均不同，特别是增稠剂黏度较大，采用泵循环混合方式往往得不到均匀的混合物，而且大量的高粘度酸液要求离心泵具有大的排量和高扬程，需要泵的功率极高，因而存在能耗高、混合时间长、设备投入大等问题，不能实现连续混配，运行成本高。

随着压裂工艺的发展，传统的间歇配酸方式已逐渐不能满足酸化压裂生产要求，目前，国内尚无这种具有实际应用价值的酸化压裂液连续混配供送方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种酸化压裂液连续混配供送方法。该方法适用于酸化压裂现场连续自动配制酸液，即配即用，可大大减少现场酸罐的使用，避免酸液浪费，有效降低酸化压裂作业成本；配制的酸化压裂液质量好，酸液粘度均匀，无水包粉现象。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种酸化压裂液连续混配供送方法，包括如下操作步骤：

混合步骤：将增稠剂预混溶液、酸液以及各种液体添加剂同时送入整体混合系统进行溶液混合，从而得到混合均匀的酸化压裂液；

发液步骤：将所述混合步骤得到的酸化压裂液供给排出；其中：

所述增稠剂预混溶液为干粉或膏体状增稠剂与水的混合物。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述整体混合系统包括第二混合系统、第三混合系统和第四混合系统；所述混合步骤具体为：首先将增稠剂预混溶液、酸液以及各种液体添加剂同时送入第二混合系统中进行初步混合；然后将初步混合后的溶液送入第三混合系统中进一步混合；最后送入第四混合系统中进行最终混合，从而得到混合均匀的酸化压裂液。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述第二混合系统为普通管路，所述第三混合系统为普通管路或管道静态混合器。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述第四混合系统为混合罐，包括：罐体，上部设有进液口，下部设有出液口；第一导流板，为倒置截顶圆锥体型，包括大开口部和小开口部，设置于所述罐体的上部且位于所述进液口的下方，以使来自进液口的液体在所述第一导流板的内侧锥面上形成漩涡状并自所述第一导流板的小开口部向下流出；第二导流板，为圆锥体型，设置于所述罐体的中部，以使自所述第一导流板小开口部流出的液体散落到所述第二导流板的外侧锥面上并沿所述第二导流板的外侧锥面向下方流动；第三导流板，为倒置截顶圆锥体型，包括大开口部和小开口部，设置于所述罐体的下部，以使沿所述第二导流板外侧锥面流下的液体在第三导流板的内侧锥面上形成漩涡状并自所述第三导流板的小开口部向下流出。优选地，所述第一导流板大开口部的边缘和所述第三导流板大开口部的边缘均固定于所述罐体的侧壁上；所述第二导流板与所述罐体的侧壁间留有空隙，以使自所述第二导流板外侧锥面流下的液体散落至所述第三导流板的内侧锥面上，所述第二导流板通过支架固定于所述罐体的侧壁上。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述增稠剂预混溶液中，增稠剂与水的质量比为0.05-20:100（比如0.1：100、0.5：100、1：100、5：100、10：100、15：100）。优选地，所述增稠剂预混溶液是通过以下方式获得的：加入增稠剂的同时加入水，并控制单位时间内所述增稠剂与水的质量比为0.05-20:100（比如0.1：100、0.5：100、1：100、5：100、10：100、15：100），所述单位时间为秒。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述增稠剂预混溶液的获得、所述混合步骤中原料的添加均由PLC控制系统（可编程逻辑控制器）控制，以实现自动定量添料。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述干粉或膏体状增稠剂为聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、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，所述酸液为盐酸或/和氢氟酸。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述各种液体添加剂包括缓蚀剂、铁离子稳定剂、表面活性剂、粘土稳定剂、互溶剂、发泡剂、杀菌剂、温度稳定剂和PH调节剂，各种液体添加剂的添加量占酸化压裂液总量的0.5-20%（优选为1%、5%、10%、15%、17%）。优选地，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，所述酸化压裂液中，所述增稠剂用量占所述酸化压裂液总质量的0.01-5%（优选为0.1%、1%、2%、3%、4%），所述酸液占所述酸化压裂液总质量的0.05-40%（优选为0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、26%、30%、35%）。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述混合步骤中，加入增稠剂预混溶液、酸液以及各种液体添加剂的同时还加入水。

本发明的有益效果：（1）采用本发明的混合方法能够实现水、酸液、干粉或膏体、以及各种液体添加剂的连续混配供送，混合效果好，混配均匀（酸液整体黏度均匀，无分层现象），酸液质量高（配比精确）；（2）连续自动配酸工艺的实现，减少大量人工成本，降低对储液罐的需求，节约了施工液体，节省设备成本；（3）整个方法还可以采用自动控制系统实现自动化，操作简单，配液精度可控，安全性高。可根据现场需要定量配液，而不浪费物料。

附图说明

图1是本发明实施例1酸化压裂液连续混配供送方法的流程图；

图2是本发明混合步骤中采用的混合罐的结构示意图；

图3是图2混合罐中第一导流板和第三导流板的结构示意图；

图4是图2混合罐中第二导流板的结构示意图；

其中，附图标记说明如下：7、混合罐，71、罐体，72、第一导流板或第三导流板，721、大开口部，722、小开口部，723、内侧锥面，73、第二导流板，731、外侧锥面，74、第三导流板，75、进液口，76、出液口，77、支架。

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1提供的酸化压裂液连续混配方法的流程图。

以下实施例混合步骤中使用的第三混合系统为市售的SX型管道静态混合器。SX型管道静态混合器入口与一段用于初步混合各种液体的管路（即第二混合系统：一段普通管路）连接。

参见图2，其为以下实施例混合步骤中使用的第四混合系统即混合罐7，包括：罐体71、第一导流板72、第二导流板73、第三导流板74、进液口75和出液口76等，下面对以上部件一一进行说明。

罐体71，整体为具有中空结构的柱状罐体，其中上部的侧壁上设有进液口75，下部的罐底设有出液口76，进液口76与SX型管道静态混合器的出液口连接。

第一导流板72，参见图2和3，为倒置截顶圆锥体型（也可称之为倒置的“喇叭”型），设置于罐体71上部且位于进液口75的下方，包括大开口部721和小开口部722，液体沿切线方向自进液口75进入混合罐7上部，从大开口部721落入第一导流板72的内侧锥面723上，并在该内侧锥面723上形成漩涡状，从而达到在混合罐7内的第一次混合，经第一次混合的液体自小开口部722向下流至第二导流板73的外侧锥面731上。第一导流板72可以通过焊接或铰接等方式将大开口部721的边缘固定于罐体71的侧壁上；但是不限于以上方式，为了加固第一导流板72，还可以按照如下方式固定第一导流板72：先将第一导流板72固定于一个支架上，然后再将固定有第一导流板72的支架通过焊接或铰接等方式固定于罐体71的侧壁上。

第二导流板73，参见图2和图4，为圆锥体型（也可称之为“伞盖”型），设置于罐体71的中部，自第一导流板72小开口部流出的液体散落到第二导流板的外侧锥面731上，然后液体沿第二导流板73的外侧锥面731向下方流动并散落至第三导流板74的内侧锥面；第二导流板73与罐体71侧壁之间留有空隙，以使自第二导流板外侧锥面731流下的液体散落至第三导流板74的内侧锥面上，第二导流板73通过支架77固定于罐体71的侧壁上，也就是说，先将第二导流板73焊接于一个支架上，然后再将该支架焊接于罐体71的侧壁上。

第三导流板74，参见图2和3，其结构与第一导流板72相同，为倒置截顶圆锥体型，包括大开口部和小开口部，但其设置于罐体71的下部，以使沿第二导流板73外侧锥面731流下的液体在第三导流板74的内侧锥面上形成漩涡状，从而达到在混合罐7内的第二次混合，经第二次混合的液体自第三导流板74的小开口部向下流至混合罐7的底部。第三导流板74可以通过焊接或铰接等方式将其大开口部的边缘固定于罐体71的侧壁上；但是不限于以上方式，为了加固第三导流板74，还可以按照如下方式固定第三导流板74：先将第三导流板74固定于一个支架上，然后再将固定有第三导流板74的支架通过焊接或铰接等方式固定于罐体71的侧壁上。

混合罐7的罐体71内还可以设有液位监控器，其向PLC控制系统反馈信号。

该混合罐7的工作原理：自进液口进入的液体沿切线方向进入混合罐上部设置为倒“喇叭”型的第一导流板的内侧锥面上，流体在该内侧锥面上形成漩涡状以进行第一次罐内混合，涡流状的流体经第一次混合后，落入设置为“伞盖”型的第二导流板的外侧锥面上，液体沿该外侧锥面形成切向散落状流入第三层导流板，第三层导流板仍设置为倒“喇叭”型，流体再次在第三导流板的内侧锥面上形成漩涡状以进行第二次罐内混合，然后进入罐体底部，罐体底部空间较大，保证罐内液体充足。

以下实施例中使用的增稠剂进料计量系统为本领域常规设备，只要能够实现自动定量上料即可。优选地，包括螺旋喂料计量装置，其由PLC控制系统控制，根据设定的水粉或水膏比例对增稠剂的落料量进行调整，同时维持清水的输入量，以实现自动定量上料。

以下实施例中使用的用于混合增稠剂和水的第一混合系统，可以为带有机械搅拌装置的普通混合装置。

以下实施例中使用的酸液进料计量系统，包括2个耐酸泵、设置于2个耐酸泵出口管路上的2个耐酸流量传感器和2个耐酸流量调节阀，根据盐酸与氢氟酸的比例，相应的选择不同流量的耐酸泵，盐酸及氢氟酸分别由各自耐酸泵从外部吸取，经各自管道上的耐酸流量传感器及耐酸流量调节阀后泵入第二混合系统或直接泵入第四混合系统，PLC控制系统根据设定的酸液比例以及2个耐酸流量传感器传送的信号，通过2个耐酸流量调节阀来调整两种酸液的输入量。

以下实施例中使用的各种液体添加剂进料计量系统，包括多个计量泵及液添管汇，各类液体添加剂经各自计量泵输入到第二混合系统或直接泵入第四混合系统，PLC控制系统根据各种液体添加剂的配方比例以及多个计量泵反馈的信号，调整各种液体添加剂的输入量。

以下实施例中使用的发液系统为本领域常规设备，其包括发液泵，PLC控制系统根据混合罐7内的液位监控器控制发液泵的发液量和发液时间。

以下实施例中使用的清水输入系统为本领域常规设备，优选地，包括水泵、设置于水泵出口管道上的流量传感器及比例调节阀，水泵从外部吸取清水，经管道上的流量传感器及比例调节阀后泵入所述第一混合系统和/或第二混合系统中、或者泵入所述第一混合系统和/或第四混合系统中，PLC控制系统也可以根据流量传感器反馈的信号，通过比例调节阀调整清水的流量和流速至规定值。

实际上，也可以省略掉第二、三混合系统，而把增稠剂预混熔液、酸液以及各种液体添加剂（必要时包括清水）直接同时加入到第四混合系统中进行混合。

下面对酸化压裂液连续混配供送方法进行举例说明。

实施例1

酸化压裂液连续混配供送方法具体如下：

步骤一，聚丙烯酰胺干粉经增稠剂进料计量系统的螺旋喂料计量装置输入第一混合系统，其中螺旋喂料计量装置由PLC控制系统控制，可根据设定的水粉比例以及清水输入系统的输入水量相应的自动调节干粉输送量；清水输入系统将清水也输送至第一混合系统，其中清水输入系统的流量传感器将信号反馈给PLC控制系统，PLC控制系统通过调节比例调节阀使清水的输送速度和输送量达到规定要求，这样可以实现加入增稠剂干粉的同时加入水，并控制每秒内增稠剂干粉与水的质量比为5:100，该比例的清水和聚丙烯酰胺干粉经第一混合系统混合后得到聚丙烯酰胺预混溶液。

步骤二，步骤一得到的聚丙烯酰胺预混溶液通过计量泵泵入第二混合系统，该计量泵由PLC控制系统控制，以便于随时调整聚丙烯酰胺预混溶液的泵入量和泵入速度；同时，通过酸液进料计量系统的2个耐酸泵从外部吸取相应的酸液，酸液经各自管道上的耐酸流量传感器及耐酸流量调节阀后泵入第二混合系统，PLC控制系统根据设定的两种酸液比例以及2个耐酸流量传感器反馈的信号，通过2个耐酸流量调节阀来调整两种酸液的输入量和输入速度；同时，通过液体添加剂进料计量系统的多个计量泵将各类液体添加剂分别从外部泵入第二混合系统，PLC控制系统根据各种液体添加剂的配方比例以及多个计量泵反馈的信号，调整各种液体添加剂的输入量和输入速度，本实施例中使用的液体添加剂为缓蚀剂、铁离子稳定剂、表面活性剂、粘土稳定剂、互溶剂和发泡剂，上述各种液体添加剂的添加量占酸化压裂液总量的8%；同时，通过清水输入系统的水泵从外部吸取清水，清水经管道上的流量传感器及比例调节阀后泵入第二混合系统，PLC控制系统根据流量传感器反馈的信号，通过比例调节阀调整清水的流量和流速。这样聚丙烯酰胺预混溶液、浓盐酸/氢氟酸、各类液体添加剂以及清水就按规定比例在第二混合系统得到的初步混合；经初步混合后的液体进入SX型管道静态混合器中，所有液体形成扰流状态，相互撞击，这样在该静态混合器中实现了压裂液的进一步混合；最后进入第四混合系统中，液体沿罐内导流板形成多个漩涡状，最终得到的酸化压裂液中，增稠剂聚丙烯酰胺干粉用量占酸化压裂液总质量的0.5%，两种酸液占所述酸化压裂液总质量的2%。

步骤三，按照第四混合系统的导流板的先进先出导向，先进入的液体经过在罐内的充分混合后，由发液系统的发液泵泵出；第四混合系统的罐内设置液位检测装置，PLC控制系统检测罐内液位，并相应控制发液泵的排量，防止罐内液体抽空。

采用本实施例方法得到的酸化压裂液混配均匀，压裂液质量高（酸液粘度、密度稳定，无分层现象，酸液中各添加剂整体混合均匀）。

实施例2

酸化压裂液连续混配供送方法具体如下：

步骤一和步骤三同实施例1，

步骤二为：步骤一得到的聚丙烯酰胺预混溶液通过计量泵直接泵入第四混合系统，该计量泵由PLC控制系统控制，以便于随时调整聚丙烯酰胺预混溶液的泵入量和泵入速度；同时，通过酸液进料计量系统的2个耐酸泵从外部吸取相应的酸液，酸液经各自管道上的耐酸流量传感器及耐酸流量调节阀后泵入第四混合系统，PLC控制系统根据设定的两种酸液比例以及2个耐酸流量传感器反馈的信号，通过2个耐酸流量调节阀来调整两种酸液的输入量和输入速度；同时，通过液体添加剂进料计量系统的多个计量泵将各类液体添加剂分别从外部泵入第四混合系统，PLC控制系统根据各种液体添加剂的配方比例以及多个计量泵反馈的信号，调整各种液体添加剂的输入量和输入速度，本实施例中使用的液体添加剂为缓蚀剂、铁离子稳定剂、表面活性剂、粘土稳定剂、互溶剂和发泡剂，上述各种液体添加剂的添加量占酸化压裂液总量的15%；同时，通过清水输入系统的水泵从外部吸取清水，清水经管道上的流量传感器及比例调节阀后泵入第四混合系统，PLC控制系统根据流量传感器反馈的信号，通过比例调节阀调整清水的流量和流速。这样聚丙烯酰胺预混溶液、浓盐酸/氢氟酸、各类液体添加剂以及清水就按规定比例直接在第四混合系统中进行整体混合，各种液体沿罐内导流板形成多个漩涡状，最终得到的酸化压裂液中，增稠剂聚丙烯酰胺干粉用量占酸化压裂液总质量的1%，两种酸液占所述酸化压裂液总质量的4%。

采用本实施例方法得到的酸化压裂液混配均匀，压裂液质量也比较高（酸液粘度、密度稳定，无分层现象，酸液中各添加剂整体混合均匀）。

Claims (11)

1.一种酸化压裂液连续混配供送方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

混合步骤：将增稠剂预混溶液、酸液以及各种液体添加剂同时送入整体混合系统进行溶液混合，从而得到混合均匀的酸化压裂液；

发液步骤：将所述混合步骤得到的酸化压裂液供给排出；其中：

所述增稠剂预混溶液为干粉或膏体状增稠剂与水的混合物；

所述整体混合系统包括第二混合系统、第三混合系统和第四混合系统；所述混合步骤具体为：首先将增稠剂预混溶液、酸液以及各种液体添加剂同时送入第二混合系统中进行初步混合；然后将初步混合后的溶液送入第三混合系统中进一步混合；最后送入第四混合系统中进行最终混合，从而得到混合均匀的酸化压裂液；

所述第四混合系统为混合罐，包括：罐体，上部设有进液口，下部设有出液口；第一导流板，为倒置截顶圆锥体型，包括大开口部和小开口部，设置于所述罐体的上部且位于所述进液口的下方，以使来自进液口的液体在所述第一导流板的内侧锥面上形成漩涡状并自所述第一导流板的小开口部向下流出；第二导流板，为圆锥体型，设置于所述罐体的中部，以使自所述第一导流板小开口部流出的液体散落到所述第二导流板的外侧锥面上并沿所述第二导流板的外侧锥面向下方流动；第三导流板，为倒置截顶圆锥体型，包括大开口部和小开口部，设置于所述罐体的下部，以使沿所述第二导流板外侧锥面流下的液体在第三导流板的内侧锥面上形成漩涡状并自所述第三导流板的小开口部向下流出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二混合系统为普通管路，所述第三混合系统为普通管路或管道静态混合器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一导流板大开口部的边缘和所述第三导流板大开口部的边缘均固定于所述罐体的侧壁上；所述第二导流板与所述罐体的侧壁间留有空隙，以使自所述第二导流板外侧锥面流下的液体散落至所述第三导流板的内侧锥面上，所述第二导流板通过支架固定于所述罐体的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增稠剂预混溶液中，增稠剂与水的质量比为0.05-20:100。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述增稠剂预混溶液是通过以下方式获得的：加入增稠剂的同时加入水，并控制单位时间内所述增稠剂与水的质量比为0.05-20:100，所述单位时间为秒。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述增稠剂预混溶液的获得、所述混合步骤中各原料的添加均由PLC控制系统控制，以实现自动定量添料。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干粉或膏体状增稠剂为聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、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；所述酸液为盐酸或/和氢氟酸；所述各种液体添加剂包括缓蚀剂、铁离子稳定剂、表面活性剂、粘土稳定剂、互溶剂、发泡剂、杀菌剂、温度稳定剂和PH调节剂，所述各种液体添加剂的添加量占酸化压裂液总量的0.5-20％。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，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。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述无机盐类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。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸化压裂液中，所述增稠剂用量占所述酸化压裂液总质量的0.01-5％，所述酸液占所述酸化压裂液总质量的0.05-40％。

11.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，加入增稠剂预混溶液、酸液以及各种液体添加剂的同时还加入水。