CN105041286A - 一种实现高导流能力的通道压裂混砂车及应用 - Google Patents

Abstract

一种实现高导流能力的通道压裂混砂车，包括承载底盘、在所述承载底盘上设置有吸入管汇、排出管汇、在所述吸入管汇和排出管汇之间设置有彼此并联的连通管路和混砂罐；在所述排出管汇上设置有第一控制阀门，在所述吸入管汇上设置有第二控制阀门，通过联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路或混砂罐分别单独与排出管汇相连。本发明通过联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路或混砂罐分别单独与排出管汇相连，即脉冲式向地层注入无砂液体和携砂液体，其脉冲频率大幅提高，而且不会对泵压设备造成损坏。

Description

一种实现高导流能力的通道压裂混砂车及应用

技术领域

本发明涉及一种实现高导流能力的通道压裂混砂车及应用，属于油气藏增产措施的技术领域。

背景技术

通道压裂是一种新型的水力压裂增产技术，压裂形成裂缝导流能力比常规裂缝导流能力高出几个或几十个数量级，大大提高油气井产量。与常规压裂相比，主要区别是通道压裂采用将无砂液脉冲与支撑剂脉冲脉冲式注入地层，使加纤维的支撑剂团在裂缝中很好的分散，让支撑剂充填层形成高导流能力通道，降低油气流动阻力。

混砂车在整个加砂压裂施工中起着举足轻重的作用。目前混砂车在支撑剂注入时基本都是连续注入，不能实现支撑剂的段塞式注入，若要实现这一功能则需要间歇式的开关机器，这样则会由于机器的重复启动而产生滞后效应并且会对对机器本身造成损害；而且混砂车正常运转，将注入阀间歇性的开启，但是这样又会造成混砂车内间歇性憋压，对机器造成伤害，增加了设备机器的维护、维修成本。

中国专利CN103321627中介绍，通过外部控制单元和内部控制单元，实现混砂车内的混砂液和储液罐中的基液间隔交替泵入所述的外部压裂泵车机组，最终外部压裂泵车机组实现向地下开采裂缝中间隔交替泵入混砂液和基液。但中国专利CN103321627中的脉冲加砂系统设计还存在以下问题：(1)该系统在注入无砂液脉冲时，输砂系统不停，持续向混砂罐中加砂，同时混砂罐中输出支撑剂沿输料回路回流至混砂罐中，造成混砂罐中支撑剂堆积；(2)混砂罐中砂比过高，甚至会大于90％，注入地层过程中易造成砂堵；(3)注入地层砂比不准确，达不到预期压裂效果(4)砂比过高，造成压裂液混合不均匀；(5)设备控制复杂，不易操作及设备维修。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种实现高导流能力的通道压裂混砂车。本发明克服了在常规混砂车不能实现脉冲注入的局限性以及脉冲加砂系统造成混砂罐中支撑剂堆积造成砂比不准确的问题，以简单的设备实现无砂液脉冲与支撑剂脉冲脉交替注入地层。并且本发明能够实现最短时间脉冲为2s(常规混砂车最短为120s)，成功实现支撑剂脉冲注入，形成高导流能力通道，大大提高油气井产量。

本发明还提供上述混砂车的应用。

本发明的技术方案如下：

一种实现高导流能力的通道压裂混砂车，包括承载底盘、在所述承载底盘上设置有吸入管汇、排出管汇、在所述吸入管汇和排出管汇之间设置有彼此并联的连通管路和混砂罐；在所述排出管汇上设置有第一控制阀门，在所述吸入管汇上设置有第二控制阀门，通过联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路或混砂罐分别单独与排出管汇相连。本发明通过联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路或混砂罐分别单独与排出管汇相连，即脉冲式向地层注入无砂液体和携砂液体，其脉冲频率大幅提高，而且不会对泵压设备造成损坏。

根据本发明优选的，所述混砂罐包括罐体和混砂传输通道，所述混砂传输通道的入料端设置有电控门：当第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路单独与排出管汇相连时，则电控门关闭，停止混砂输料；当第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过混砂罐单独与排出管汇相连时，则电控门开启，开始混砂输料；所述混砂传输通道的出料端与所述罐体的入料口相对设置。此处设计的优点在于，确保混砂罐能随时与吸入管汇和排出管汇连接或断开，在不间断工作、保持优良的脉冲注入效果的情况下，还能使混砂传输通道保持通畅，避免砂滞堵塞。

根据本发明优选的，在所述吸入管汇上设置有第二流量计，在所述排出管汇上设置有第一流量计。

根据本发明优选的，在所述承载底盘上还设置有操作室，所述操作室控制混砂车电源启闭及各仪表数据显示。

根据本发明优选的，所述通道压裂混砂车还包括远程电子控制系统，所述远程电子控制系统包括：

泵注程序界面：该界面用于实时显示所述通道压裂混砂车所处的工作程序和步骤、通过对所述泵注程序界面进行手动操作适时调整所述工作程序或步骤；

施工曲线显示界面：该界面用于实时显示所述通道压裂混砂车施工过程中油压MPa、套压MPa、总砂比％和总排量m³/min分别随施工时间Time的变化曲线；

所述施工曲线显示界面还包括液量曲线按钮、加纤维曲线按钮、加砂曲线按钮和曲线按钮；

选所述液量曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示压裂液用量m³随施工时间Time的变化曲线；

选所述加纤维曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示纤维用量Kg随施工时间Time的变化曲线；

选所述加砂曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示加砂量m³随施工时间Time的变化曲线；

选所述曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示压裂液用量、纤维用量和加砂量分别随施工时间Time的变化曲线；便于观察施工过程中材料加入量；

第一流量计显示屏：显示通过第一流量计处的压裂液流量；

第二流量计显示屏：显示通过第二流量计处的压裂液流量；

第一控制阀门按钮、第二控制阀门按钮；

支撑剂脉冲手动输入键：用于对脉冲时间进行调整，调整支撑剂脉冲注入时间；

前置液手动输入键：用于实时调整前置液注入量；

链接泵按钮：用于控制所述混砂车按照以下步骤工作，前置液注入地层、支撑剂脉冲与无砂液脉冲交替式注入地层、顶替液注入地层；

断开泵按钮：在施工现场，所述通道压裂混砂车的工作参数出现异常时，用于迅速切断通道压裂混砂车工作，转为人工手动操作；

无砂液脉冲手动输入键：在施工现场，所述通道压裂混砂车的工作参数出现异常时，用于对无砂液注入的脉冲时间进行调整；

顶替液手动输入键：在施工现场，所述通道压裂混砂车的工作参数出现异常时，用于调整顶替液的注入量。

一种如上述实现高导流能力的通道压裂混砂车的工作方法，包括步骤如下：

(1)启动所述混砂车；

(2)预设所述混砂车的泵注参数；

(3)通过所述混砂车执行以下步骤：前置液注入地层、支撑剂脉冲与无砂液脉冲交替式注入地层、顶替液注入；

(3.1)当前置液注入地层时，联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路单独与排出管汇相连；

(3.2)当支撑剂脉冲与无砂液脉冲交替式注入地层时，通过联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路或混砂罐分别单独与排出管汇相连，即脉冲式向地层注入无砂液体和支撑剂；

(3.3)当顶替液注入地层时，联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路单独与排出管汇相连；

(4)泵注完毕，关闭所述混砂车。

本发明的优势：

1、本发明所述混砂车能够将无砂液脉冲与支撑剂脉冲交替式注入地层，实现在不损坏设备的基础上脉冲式加砂；为了克服常规混砂车不能实现脉冲注入的局限性以及脉冲加砂系统支撑剂回流造成支撑剂堆积砂比不准确的问题，本发明的目的是通过关联控制实现脉冲加砂，同时采用电子控制系统实现无砂液脉冲与支撑剂脉冲交替注入地层。

2、本发明所述混砂车既适用于高导流通道压裂，也能够进行常规压裂和段塞式注入；

3、本发明通过远程电子控制系统自动化控制转换电子控制阀门，实现管线转换；

4、本发明实现电子控制阀门与输砂系统电子门关联式控制，采用关联运作，避免电子控制阀转换混乱，以及克服脉冲加砂系统的支撑剂回流造成支撑剂在混砂罐中的堆积问题；

5、本发明通过电子控制系统实现最短时间脉冲达到2s，能够有效地增加缝长和控制缝高；

6、本发明可根据现场压裂变化情况等，通过手动输入键实时调整施工参数及压裂泵注程序；

7、本发明以简单的设备实现脉冲加砂，节约经济成本，方便操作及容易设备维护。

附图说明

图1为本发明所述的混砂车俯视结构示意图；

图2为本发明所述的混砂车主视结构示意图；

图3为本发明中所述混砂传输通道的入料端设置的电控门；

在图1-图3中，1、承载底盘；2、排出管汇；2-1、第一控制阀门；2-2、第一流量计；

3、吸入管汇；3-1、第二控制阀门；3-2、第二流量计；

4、连通管路；5、混砂罐；6、罐体；7、混砂传输通道；8、电控门；9、操作室。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例1、

一种实现高导流能力的通道压裂混砂车，包括承载底盘1、在所述承载底盘1上设置有吸入管汇3、排出管汇2、在所述吸入管汇3和排出管汇2之间设置有彼此并联的连通管路4和混砂罐5；在所述吸入管汇3上设置有第二控制阀门3-1，在所述排出管汇2上设置有第一控制阀门2-1，通过联动控制第一控制阀门2-1和第二控制阀门3-1实现吸入管汇3通过连通管路4或混砂罐5分别单独与排出管汇2相连。

所述混砂罐5包括罐体6和混砂传输通道7，所述混砂传输通道7入料端设置有电控门8：当第一控制阀门2-1和第二控制阀门3-1实现吸入管汇3通过连通管路4单独与排出管汇2相连时，则电控门8关闭，停止混砂输料；当第一控制阀门2-1和第二控制阀门3-1实现吸入管汇3通过混砂罐5单独与排出管汇2相连时，则电控门8开启，开始混砂输料；所述混砂传输通道7的出料端与所述罐体5的入料口相对设置。

在所述吸入管汇3上设置有第二流量计3-2，在所述排出管汇2上设置有第一流量计2-2。

实施例2、

如实施例1所述的一种实现高导流能力的通道压裂混砂车，其区别在于，在所述承载底盘1上还设置有操作室9，所述操作室9控制混砂车电源启闭及各仪表数据显示。

所述通道压裂混砂车还包括远程电子控制系统，所述远程电子控制系统包括：

泵注程序界面：该界面用于实时显示所述通道压裂混砂车所处的工作程序和步骤、通过对所述泵注程序界面进行手动操作适时调整所述工作程序或步骤；

施工曲线显示界面：该界面用于实时显示所述通道压裂混砂车施工过程中油压MPa、套压MPa、总砂比％和总排量m³/min分别随施工时间Time的变化曲线；

所述施工曲线显示界面还包括液量曲线按钮、加纤维曲线按钮、加砂曲线按钮和曲线按钮；

选所述液量曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示压裂液用量m³随施工时间Time的变化曲线；

选所述加纤维曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示纤维用量Kg随施工时间Time的变化曲线；

选所述加砂曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示加砂量m³随施工时间Time的变化曲线；

选所述曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示压裂液用量、纤维用量和加砂量分别随施工时间Time的变化曲线；便于观察施工过程中材料加入量；

第一流量计显示屏：显示通过第一流量计处的压裂液流量；

第二流量计显示屏：显示通过第二流量计处的压裂液流量；

第一控制阀门按钮、第二控制阀门按钮；

支撑剂脉冲手动输入键：用于对脉冲时间进行调整，调整支撑剂脉冲注入时间；

前置液手动输入键：用于实时调整前置液注入量；

链接泵按钮：用于控制所述混砂车按照以下步骤工作，前置液注入地层、支撑剂脉冲与无砂液脉冲交替式注入地层、顶替液注入地层；

断开泵按钮：在施工现场，所述通道压裂混砂车的工作参数出现异常时，用于迅速切断通道压裂混砂车工作，转为人工手动操作；

无砂液脉冲手动输入键：在施工现场，所述通道压裂混砂车的工作参数出现异常时，用于对无砂液注入的脉冲时间进行调整；

顶替液手动输入键：在施工现场，所述通道压裂混砂车的工作参数出现异常时，用于调整顶替液的注入量。

实施例3、

一种如实施例1、2所述实现高导流能力的通道压裂混砂车的工作方法，包括步骤如下：

(1)启动所述混砂车；

(2)预设所述混砂车的泵注参数；

(3)通过所述混砂车执行以下步骤：前置液注入地层、支撑剂脉冲与无砂液脉冲交替式注入地层、顶替液注入；

(3.1)当前置液注入地层时，联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路单独与排出管汇相连；

(3.2)当支撑剂脉冲与无砂液脉冲交替式注入地层时，通过联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路或混砂罐分别单独与排出管汇相连，即脉冲式向地层注入无砂液体和支撑剂；

(3.3)当顶替液注入地层时，联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路单独与排出管汇相连；

(4)泵注完毕，关闭所述混砂车。

利用本发明实施例1、2、3所记载的方案，在义N井作了试验施工应用，现根据试验施工应用情况对本发明作进一步说明。

义N井完钻井深3265.0(斜深)，投产日期2012.1.2，进行通道压裂前日产液量0.7t，日产油0.7t，含水2.4％。根据该井储层物性及邻井的井距、改造和产量等情况进行优化设计，运用现有软件模拟得出选用0.3-0.6mm陶粒支撑剂，加砂规模为30m³，纤维用量360kg，平均砂比为30％，压裂液为430m³，泵注程序设计为40个脉冲，包括预置液、前置液、支撑剂脉冲、无砂液脉冲及顶替液，排量5m³/min。

应用本发明对该地层进行压裂，最终得到支撑有效缝长为148m，缝高20m。

试验对比例：

选三个储层条件(储层厚度、渗透率、孔隙度等)相似油井：义N井、义A井和义B。

将本发明的技术方案应用在义N井；将传统压裂混砂工艺应用在所述义N井的邻井，即义A井和义B井；应用后分别对上述义N井、义A井和义B井的储层物性、压裂效果分别进行对比，结果见表1：

表1义N井与邻井生产情况对比

通过表1可知：应用本发明所述的混砂车及工作方法对义N井进行压裂，最终得到支撑有效缝长为148m，缝高20m，应用传统工艺进行压裂的相邻井义A井得到支撑有效缝长为120m，缝高为31m；相邻井义B井得到支撑有效缝长为128m，缝高为42m。

结论：

利用本发明所述混砂车及工作方法对油井进行压裂后，得到有效缝长比传统压裂高27.6％、23.3％；缝高比常规压裂小55％和110％。因此应用本发明进行的通道压裂能够形成更长的有效裂缝以及能够有效的控制缝高。

义A井、义B井、义N井压裂前产量都比较低，应用不同的工艺进行压裂后，义N井日产油量达到18.6t/d是义A井的3.2倍，是义B井的2.1倍，由此，充分说明应用本发明进行的通道压裂能够大大提高油气井的产量。

本试验施工应用充分说明了应用本发明进行压裂能够形成更长的支撑裂缝并且能够有效的控制缝高，压后产能大大提高，是常规压裂产量的几倍。

Claims (6)

1.一种实现高导流能力的通道压裂混砂车，其特征在于，所述混砂车包括承载底盘、在所述承载底盘上设置有吸入管汇、排出管汇、在所述吸入管汇和排出管汇之间设置有彼此并联的连通管路和混砂罐；在所述排出管汇上设置有第一控制阀门，在所述吸入管汇上设置有第二控制阀门，通过联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路或混砂罐分别单独与排出管汇相连。

2.根据权利要求1所述的一种实现高导流能力的通道压裂混砂车，其特征在于，所述混砂罐包括罐体和混砂传输通道，所述混砂传输通道的入料端设置有电控门：当第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路单独与排出管汇相连时，则电控门关闭，停止混砂输料；当第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过混砂罐单独与排出管汇相连时，则电控门开启，开始混砂输料；所述混砂传输通道的出料端与所述罐体的入料口相对设置。

3.根据权利要求1所述的一种实现高导流能力的通道压裂混砂车，其特征在于，在所述吸入管汇上设置有第二流量计，在所述排出管汇上设置有第一流量计。

4.根据权利要求1所述的一种实现高导流能力的通道压裂混砂车，其特征在于，在所述承载底盘上还设置有操作室，所述操作室控制混砂车电源启闭及各仪表数据显示。

5.根据权利要求1所述的一种实现高导流能力的通道压裂混砂车，其特征在于，所述通道压裂混砂车还包括远程电子控制系统，所述远程电子控制系统包括：

泵注程序界面：该界面用于实时显示所述通道压裂混砂车所处的工作程序和步骤、通过对所述泵注程序界面进行手动操作适时调整所述工作程序或步骤；

施工曲线显示界面：该界面用于实时显示所述通道压裂混砂车施工过程中油压MPa、套压MPa、总砂比％和总排量m³/min分别随施工时间Time的变化曲线；

所述施工曲线显示界面还包括液量曲线按钮、加纤维曲线按钮、加砂曲线按钮和曲线按钮；

选所述液量曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示压裂液用量m³随施工时间Time的变化曲线；

选所述加纤维曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示纤维用量Kg随施工时间Time的变化曲线；

选所述加砂曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示加砂量m³随施工时间Time的变化曲线；

选所述曲线按钮，则在所述施工曲线显示界面显示压裂液用量、纤维用量和加砂量分别随施工时间Time的变化曲线；

第一流量计显示屏：显示通过第一流量计处的压裂液流量；

第二流量计显示屏：显示通过第二流量计处的压裂液流量；

第一控制阀门按钮、第二控制阀门按钮；

支撑剂脉冲手动输入键：用于对脉冲时间进行调整，调整支撑剂脉冲注入时间；

前置液手动输入键：用于实时调整前置液注入量；

链接泵按钮：用于控制所述混砂车按照以下步骤工作，前置液注入地层、支撑剂脉冲与无砂液脉冲交替式注入地层、顶替液注入地层；

断开泵按钮：用于迅速切断通道压裂混砂车工作，转为人工手动操作；

无砂液脉冲手动输入键：用于对无砂液注入的脉冲时间进行调整；

顶替液手动输入键：用于调整顶替液的注入量。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述实现高导流能力的通道压裂混砂车的工作方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：

(1)启动所述混砂车；

(2)预设所述混砂车的泵注参数；

(3)通过所述混砂车执行以下步骤：前置液注入地层、支撑剂脉冲与无砂液脉冲交替式注入地层、顶替液注入；

(3.1)当前置液注入地层时，联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路单独与排出管汇相连；

(3.2)当支撑剂脉冲与无砂液脉冲交替式注入地层时，通过联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路或混砂罐分别单独与排出管汇相连，即脉冲式向地层注入无砂液体和支撑剂；

(3.3)当顶替液注入地层时，联动控制第一控制阀门和第二控制阀门实现吸入管汇通过连通管路单独与排出管汇相连；

(4)泵注完毕，关闭所述混砂车。