CN105386747B - 一种循环式砂液回收系统及回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种循环式砂液回收系统及回收方法，至少包括一压裂车组和砂液缓冲罐，所述的砂液缓冲罐的顶部的进口通过管线与井口的排液口连接，该砂液缓冲罐的底部出口通过阀门连接有一三通，该三通的一端通过砂泵连接有一振动筛，该振动筛的出口连接有一储砂罐，所述的三通的另一端通过第一阀门连接有上水管汇，该上水管汇通过上回泵连接有一混砂罐，该混砂罐的出口与压裂车组的入口连接，所述压裂车组的出口通过管线与井口的进液口连接；将喷砂射孔中返出的砂子回用到地层中去，大大降低成本的使用，且避免了在喷砂射孔工序中对回收液体和砂子的处理环节及费用，加快生产进度，减轻压裂施工对环保的压力。

Description

一种循环式砂液回收系统及回收方法
技术领域
本发明涉及油气田勘探开发领域中的压裂液回收领域，具体的涉及一种循环式砂液回收系统及回收方法。
背景技术
压裂施工是低渗透油气田的主要工艺改造技术，水力喷砂射孔是水力压裂的前期工序，水力喷砂射孔返出大量的液体和砂子，均排放在井场的排污坑中；随着环保法的严格实施，不能排放在地面，须进行回收处理再利用；水平井在压裂施工时，要进行水力喷砂射孔，而每个层所需要的砂量约为 5-6方，施工排量约为2-3方/分；当每口井需水力喷射10层左右，加上放喷返出的砂子，施工后，每个射孔段需喷射液体约为100方，砂子约为50方；长庆油田每年施工约600口水平井，需要回收和利用的液体数量为：600×100×10=600000方；每年排放在井场上的砂子约为：600×50=30000方；若要对水平井返出的砂子及液量进行处理后回收再利用，按处理1方水的成本为200元，处理1方砂子的费用为300元的固体费物进行计算，所需直接成本费用约为：600000×200+30000×300=1.29亿元。若考虑厂地，处理设备，及运输费用，则固液处理费用约为2亿元以上。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种循环水力喷射，并且将喷砂射孔中返出的砂子回用到地层中去，大大降低成本的使用，且避免了在喷砂射孔工序中对回收液体和砂子的处理环节及费用，加快生产进度，减轻压裂施工对环保的压力的循环式砂液回收系统及回收方法。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：一种循环式砂液回收系统，至少包括一压裂车组和砂液缓冲罐，所述的砂液缓冲罐的顶部的进口通过管线与井口的排液口连接，该砂液缓冲罐的底部出口通过阀门连接有一三通，该三通的一端通过砂泵连接有一振动筛，该振动筛的出口连接有一储砂罐，所述的三通的另一端通过第一阀门连接有上水管汇，该上水管汇通过上回泵连接有一混砂罐，该混砂罐的出口与压裂车组的入口连接，所述压裂车组的出口通过管线与井口的进液口连接。
所述的砂液缓冲罐上部出口通过第二阀门连接有一储液大罐。
所述的砂液缓冲罐是锤形砂液缓冲罐，该锤形砂液缓冲罐从上到下依次分为上锥形罐体、主罐体和下锥形罐体。
所述的主罐体的直径为1200mm，高度为800mm。
所述上锥形罐体高度为250mm。
所述下锥形罐体的高度为1000mm。
一种水力喷射式砂液回收方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
1）、对施工井内进行清洗，将砂液缓冲罐顶部进口的管线接在井口的返排液阀门上，经压裂车组出口的管线接在井口的进液口阀门上；
2）、将混砂罐内上满液体，开启压裂车组，压裂车组将混砂罐内的液体以≤500L/min的流量泵入到井内的射孔中，进入到射孔中的液体循环进入到砂液缓冲罐；
3）、在循环的过程中，当混砂罐与砂液缓冲罐内的液体分别达到混砂罐与砂液缓冲罐罐体体积的70%时，将进入到射孔的流量提高到2-3m3/min，施工压力提高到40-50MPa；
4）、在步骤3的基础上，当混砂罐与砂液缓冲罐液面平稳后，根据喷射的时间、流量及3-5%的砂比确定出加砂量，并向混砂罐加入确定出的砂量，通过压裂车组将混砂罐中加入砂粒的混合液体泵入到射孔中；
5）、喷射完成后，关闭井口的返排液阀门，停止向井内射孔中继续泵入混合液体，进行压裂，若压开底层后，且施工正常，则进行压裂流程进行压裂，若没有压开地层，不能进行后续的压裂施工，打开返排液阀门，井内的压裂液进入到砂液缓冲罐，并通过砂液缓冲罐进行砂液分离，并重复步骤1）-4）直到进行压裂时，压开地层，能够进行压裂为止。
一种压后放喷液回收方法，按照以下步骤进行：
Ⅰ. 关井1-2小时，让地层压力进行扩散，当井口的压力高于20MPa时，将砂液缓冲罐顶部进口的管线接在井口的油放阀门上；
Ⅱ.打开油放阀门，井内的返排液在井内压力的情况下将返排液压到砂液缓冲罐中；
Ⅲ.打开砂液缓冲罐出口与储液大罐连接的第二阀门，砂液缓冲罐中的压裂液进入到储液大罐中；
Ⅳ.当砂液缓冲罐中的为液体为10 m3后，打开砂液缓冲罐底部的阀门，通过砂泵井砂液泵入到振动筛中进行砂液分离，分离后的砂粒储存在储砂罐中，直到放喷结束。
本发明采用以上技术方案，具有以下优点，将喷砂射孔中返出的砂子回用到地层中去，大大降低成本的使用，且避免了在喷砂射孔工序中对回收液体和砂子的处理环节及费用，加快生产进度，减轻压裂施工对环保的压力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是本放喷砂液回收结构示意图；
图3是砂液缓冲罐的结构示意图；
图中：1.井口；2.压裂车组；3.混砂罐；4.上水泵；5.上水管汇；6.储液大罐；7.第二阀门；8.砂液缓冲罐；9.砂泵；10.第二阀门；11.振动筛；12.储砂罐；801.上锥形罐体；802.主罐体；803.下锥形罐体。
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。
实施例1
在水平井施工过程中，通过现场除砂罐大量的回收砂证明，水力喷射返出的砂子，只有不到1/3为破碎砂，其它仍为完整的压裂砂；通过相关研究证实，砂粒直径大小，对管壁的冲蚀基本上没有影响，其主要的影响因素为喷射液体的流速，要求喷射流速达到120米/秒；在引进水力喷砂射孔技术时，就是采用70目以上的粉砂进行喷砂射孔，只是由于国内没有相关配套的粉砂，在推广应用的过程中，为了取材方便，采用了常规压裂砂进行水力喷砂射孔。所以，射孔后返出的压裂砂仍然可以重复射孔，重复利用。
通过多年来油气井放喷可以看出，压裂液从地层返出的砂子基本上全为粉砂，水力喷砂射孔返出的破碎砂粒直径，仍然要大于压后地层返出的砂粒直径；国外压裂施工也没有废弃的砂子处理物；另外，粉砂常作为压裂施工中的下沉剂使用，便于压开新的裂缝，或堵老缝；所以，可以将地层返出砂和水力喷射砂全部注入地层，对地层的产能不会有大的影响。
如图1所示的一种循环式砂液回收系统，至少包括一压裂车组2和砂液缓冲罐8，所述的砂液缓冲罐8的顶部的进口通过管线与井口1的排液口连接，该砂液缓冲罐8的底部出口通过阀门连接有一三通13，该三通13的一端通过砂泵9连接有一振动筛11，该振动筛11的出口连接有一储砂罐12，所述的三通13的另一端通过第一阀门10连接有上水管汇5，该上水管汇5通过上回泵4连接有一混砂罐3，该混砂罐3的出口与压裂车组2的入口连接，所述压裂车组2的出口通过管线与井口1的进液口连接。
工作过程中，井内的砂液通过压裂车组2泵入到井口1内，在经过井内循环后的砂液进入到砂液缓冲罐8中，砂液缓冲罐8中的一部分通过上水管汇5及上水泵4进入到混砂罐3中，进入到混砂罐3中的砂液在经过压裂车组2进入到井口1内，实现砂液的循环使用，砂液缓冲罐8中的另一部分砂液通过砂泵9进入到振动筛11中，经过振动筛11进行分离，分离后的砂粒储存到储砂罐12中进行储存，该储存的砂粒为以后的施工需要做准备，实现对砂粒的再使用，解约了施工成本，并且防止放喷后的砂液对周边的环境造成污染。
实施例2
在实施例1的基础上，一种循环式砂液回收系统，至少包括一压裂车组2和砂液缓冲罐8，所述的砂液缓冲罐8的顶部的进口通过管线与井口1的排液口连接，该砂液缓冲罐8的底部出口通过阀门连接有一三通13，该三通13的一端通过砂泵9连接有一振动筛11，该振动筛11的出口连接有一储砂罐12，所述的三通13的另一端通过第一阀门10连接有上水管汇5，该上水管汇5通过上回泵4连接有一混砂罐3，该混砂罐3的出口与压裂车组2的入口连接，所述的砂液缓冲罐8上部出口通过第二阀门7连接有一储液大罐6；所述压裂车组2的出口通过管线与井口1的进液口连接。
该系统的核心设备为的砂液分离缓冲罐8，其上部有一个进口，一个出口；下部有一个出口，该出口处连接有一个三通13。该三通13的一端连接有砂泵9，可以将砂液缓冲罐8内的砂液输送到振动筛11上，将砂子分离出来；三通13的另一端直接与上水管汇5和上水泵4连接，可以直接将砂液吸入混砂罐3中，供给压裂车组2，进行循环水力喷射。砂液缓冲罐8其上部的出液口与储液大罐6相连接，若水力喷砂射孔过程中，在循环系统加入一定量的砂子后，使循环系统的砂液量超过砂液缓冲罐8时，系统内多出的液体会从顶部溢出，通过管线流入储液大罐6中，起到缓冲作用；
当进行压后放喷时，该砂液缓冲罐8可以作为一个旋流除砂器使用，通过旋流分离作用，使砂液进行分离，纯液体通过旋流器顶部的阀门流入储液大罐6之中，将分离出的砂子沉降在分离器的底部，此时，可以打开砂泵9向振动筛11提供砂液，将放喷出的砂子分离出来，存储在一个储砂罐12当中，正常压裂时，便于将回收的压裂砂供给混和罐，再压入井内。
实施例3
在实施例1或2的基础上，如图3所示为了为了满足水力喷砂射孔工艺施工流量为2-3方/分，喷嘴流速≥120米/秒以上，含砂比达到5%以内的施工参数，该砂液缓冲罐8的制作参数如下。所述的砂液缓冲罐8是锤形砂液缓冲罐，该锤形砂液缓冲罐从上到下依次分为上锥形罐体801、主罐体802和下锥形罐体803；
主罐体802直径：d=1200mm
砂液缓冲罐8进出口直径Ф=150mm
砂液缓冲罐8出口高度:h1=100mm
上锥形罐体801高度h2=250mm
主罐体802高度h3=800
下锥形罐体803高度h4=1000mm
总高2150 mm
壁厚:采用5mm以上的钢板制做，便于提高该罐的使用寿命及承压能力。
该罐容积计算=上锥体积+主罐体积+下锥体，元台体积计算公式为V=1/3πh(R^2+2rR+r^2)
主罐体积：1.22*3.14*0.8/4=0.9m3
上锥体：1/3*3.14*0.25（0.62+2*0.6*0.075+0.0752）=0.12m3
下锥体：1/3*3.14*1（0.62+2*0.6*.075+0.0752）=0.48m3
总体积：0.9+0.12+0.48=1.5m3
下锥体角度：σ=arctg(600/1000)=30.9°
以上设计参数其容积达到了混砂罐的体积，与混砂罐相匹配，其锥形角度达到了旋流除砂的分离锥角，应适合现场的应用。
将振动筛和砂液缓冲罐8及砂泵组装为一个撬装结构，便于运输与现场连接使用。
储罐的容积不大于10m3
总高不大于2400mm
振动筛11参数：
筛面 ：2m2
给料粒度 ：0.01mm
处理量 ：0.5m3
电机功率：2.5Kw
砂泵9参数
流量：5m3/min
泵压：0.2MPa
额定功率：22.5Kw
进出口直径：125mm。
实施例4
一种水力喷射式砂液回收方法，按照以下步骤进行：
1）、对施工井内进行清洗，如图1所示将砂液缓冲罐8顶部进口的管线接在井口的返排液阀门上，经压裂车组2出口的管线接在井口1的进液口阀门上；
2）、将混砂罐3内上满液体，开启压裂车组2，压裂车组2将混砂罐3内的液体以≤500L/min的流量泵入到井内的射孔中，进入到射孔中的液体循环进入到砂液缓冲罐8；
3）、在循环的过程中，当混砂罐3与砂液缓冲罐8内的液体分别达到混砂罐3与砂液缓冲罐8罐体体积的70%时，将进入到射孔的流量提高到2-3m3/min，施工压力提高到40-50MPa；
4）、在步骤3）的基础上，当混砂罐3与砂液缓冲罐8液面平稳后，根据喷射的时间、流量及3-5%的砂比确定出加砂量，并向混砂罐3加入确定出的砂量，通过压裂车组2将混砂罐3中加入砂粒的混合液体泵入到射孔中；
5）、喷射完成后，关闭井口1的返排液阀门，停止向井内射孔中继续泵入混合液体，进行压裂，若压开底层后，且施工正常，则进行压裂流程进行压裂，若没有压开地层，不能进行后续的压裂施工，打开返排液阀门，井内的压裂液进入到砂液缓冲罐8，并通过砂液缓冲罐8进行砂液分离，并重复步骤1）-4）直到进行压裂时，压开地层，能够进行压裂为止。
具体的按照以下方法进行：
①首先要将施工井内清洗干净，达到施工设计要求。
②让混砂罐3上满液体，起动压裂车组泵以≤500L/min的流量使射孔液体开始循环；
③在循环过程中，使混砂罐3与砂液缓冲罐8内的液体分别达到70%左右；
④提高喷射流量达到施工要求，其流量为2-3m3/min，施工压力约为40-50MPa；
⑤当循环正常，混砂罐3与砂液缓冲罐8内液面平稳后，可向混砂罐3内按3-5%的砂比加砂；
⑥根据井的容积，喷射流量，喷射所需时间约10分钟，确定加砂量；如，喷射时间为10分钟，施工流量为2.5m3/min，所需砂量为：10×2.5×5%=1.25 m3；
⑦若井的循环容积≥25 m3，则水力喷射最大加砂量约为1.25 m3；
⑧若井的循环容积小于喷射循环所需的砂液量，则以井的容积和喷射砂比计算加入的砂量；如，井内的循环容积为12 m3，其喷射砂的加入量为：12×5%=0.6 m3；
⑨当喷射完成后，关套管阀门进行正常压裂，若压开地层后，施工正常，则倒换为正常的压裂流程进行压裂；
⑩若施工不正常，压力高于50MPa以上，则将井内的砂液循环出井外，通过砂液分离器将砂子分离出来后，再次采用延长时间喷砂射孔，或采用酸液预处理工艺。
实施例5
一种压后放喷液回收方法，按照以下步骤进行：
Ⅰ. 关井1-2小时，让地层压力进行扩散，当井口1的压力高于20MPa时，如图2所示将砂液缓冲罐8顶部进口的管线接在井口的油放阀门上；
Ⅱ.打开油放阀门，井内的返排液在井内压力的情况下将返排液压到砂液缓冲罐8中；
Ⅲ.打开砂液缓冲罐8出口与储液大罐6连接的第二阀门7，砂液缓冲罐8中的压裂液进入到储液大罐6中；
Ⅳ.当砂液缓冲罐8中的为液体为10 m3后，打开砂液缓冲罐8底部的阀门，通过砂泵9井砂液泵入到振动筛11中进行砂液分离，分离后的砂粒储存在储砂罐12中，直到放喷结束；
具体的：
（1）关井1-2小时后，让地层压力扩散；
（2）当井口压力高于20MPa时，要采用节流降压管汇进行放喷，防止高速砂液刺坏放喷管线，造成环境污染；
（3）放喷流量控制在1m3/min以内，严防井内大量出砂；
（4）每放喷出10 m3液体后，让振动筛上砂液进行分离出砂子，防止分离罐内的砂面太高，砂液分离效果不好，让砂子沉降在储液罐中；
（5）要让振动筛分离出的砂子，通过传送带存在运砂罐之中，当施工正常后，可以让返出砂子加入地层当中；
（6）水平井最后一段回收的砂子及液体可以拉运到下口水平井上使用，以免排放在井场上，对环境造成污染。
上述实施例4和实施例5存在的风险与预防措施如下：
序号 存在问题 预防措施
1 粉砂对油气层产能的影响 与油气院压裂所合作，对类似地层压后产能进行分析，确定影响程度小，能达到环境保护的可行性。
2 新井场施工时，井筒未洗井，下步无法施工 采用洗井处理车，或钻井除泥器，进行洗井后，进行压裂施工。
3 粉砂沉降在混砂车上水管汇中，影响阀门打开及上液效率。 整个水力喷射过程中，供液泵不停，根据混砂罐液面调整转速及流量；
4 当水力喷射加入砂子后，混和罐出现溢罐，液体流放井场； 采用砂液缓冲罐来解决，缓冲罐保留一定的空间，当在循环系统加砂时，留有液体增加空间，使混和罐不溢出。
5 回收砂液影响吸入泵上水效率及使用寿命。 将混砂车的吸入泵改为砂泵，确保其使用寿命。
6 若分离器内砂面过高，将输砂泵卡死。 可在分离器内安装一根垂直的，直径在50mm导流管，达到排砂时，使砂液同出，防止砂泵被卡住。
7 振动筛返出砂子上不到存储罐内。 将振动筛选出的砂子通过传送带装入砂罐之中。
8 混砂车输砂器不能将湿砂子输送到混砂罐。 采用传送带传送到混砂罐或采用风送技术输送。
7 粉砂对射孔质量的影响 每次砂子的破碎率最大达到30%，再次循环时，可再加入30%使其达到要求。
9 最后一层返出砂会遗留井场，污染环境。 将砂子存入砂罐中，拉至新井场使用。
10 水力喷砂射孔时，易刺坏井口针阀 采用抗冲蚀节流降压管汇。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种循环式砂液回收系统的水力喷射式砂液回收方法，其特征在于，该方法采用的一种循环式砂液回收系统至少包括一压裂车组（2）和砂液缓冲罐（8），所述的砂液缓冲罐（8）的顶部的进口通过管线与井口（1）的排液口连接，该砂液缓冲罐（8）的底部出口通过阀门连接有一三通（13），该三通（13）的一端通过砂泵（9）连接有一振动筛（11），该振动筛（11）的出口连接有一储砂罐（12），所述的三通（13）的另一端通过第一阀门（10）连接有上水管汇（5），该上水管汇（5）通过上回泵（4）连接有一混砂罐（3），该混砂罐（3）的出口与压裂车组（2）的入口连接，所述压裂车组（2）的出口通过管线与井口（1）的进液口连接；
该方法按照以下步骤进行：
1）、对施工井内进行清洗，将砂液缓冲罐（8）顶部进口的管线接在井口的返排液阀门上，经压裂车组（2）出口的管线接在井口（1）的进液口阀门上；
2）、将混砂罐（3）内上满液体，开启压裂车组（2），压裂车组（2）将混砂罐（3）内的液体以≤ 500L/min 的流量泵入到井内的射孔中，进入到射孔中的液体循环进入到砂液缓冲罐（8）；
3）、在循环的过程中，当混砂罐（3）与砂液缓冲罐（8）内的液体分别达到混砂罐（3）与砂液缓冲罐（8）罐体体积的70%时，将进入到射孔的流量提高到2-3m3/min，施工压力提高到40-50MPa ；
4）、在步骤3）的基础上，当混砂罐（3）与砂液缓冲罐（8）液面平稳后，根据喷射的时间、流量及3-5% 的砂比确定出加砂量，并向混砂罐（3）加入确定出的砂量，通过压裂车组（2）将混砂罐（3）中加入砂粒的混合液体泵入到射孔中；
5）、喷射完成后，关闭井口（1）的返排液阀门，停止向井内射孔中继续泵入混合液体，进行压裂，若压开地层后，且施工正常，则进行压裂流程进行压裂，若没有压开地层，不能进行后续的压裂施工，打开返排液阀门，井内的压裂液进入到砂液缓冲罐（8），并通过砂液缓冲罐（8）进行砂液分离，并重复步骤1）-4）直到进行压裂时，压开地层，能够进行压裂为止。
2.根据权利要求1所述的一种循环式砂液回收系统的水力喷射式砂液回收方法，其特征在于，所述的砂液缓冲罐（8）上部出口通过第二阀门（7）连接有一储液大罐（6）。
3.根据权利要求1所述的一种循环式砂液回收系统的水力喷射式砂液回收方法，其特征在于，所述的砂液缓冲罐（8）是锤形砂液缓冲罐，该锤形砂液缓冲罐从上到下依次分为上锥形罐体（801）、主罐体（802）和下锥形罐体（803）。
4.根据权利要求3所述的一种循环式砂液回收系统的水力喷射式砂液回收方法，其特征在于，所述的主罐体（802）的直径为1200mm，高度为800mm。
5.根据权利要求3所述的一种循环式砂液回收系统的水力喷射式砂液回收方法，其特征在于，所述上锥形罐体（801）高度为250mm。
6.根据权利要求3所述的一种循环式砂液回收系统的水力喷射式砂液回收方法，其特征在于，所述下锥形罐体（803）的高度为1000mm。
7.根据权利要求1所述的一种循环式砂液回收系统的水力喷射式砂液回收方法，其特征在于，还包括压后放喷液回收方法，按照以下步骤进行：
Ⅰ . 关井1-2小时，让地层压力进行扩散，当井口（1）的压力高于20MPa 时，将砂液缓冲罐（8）顶部进口的管线接在井口的油放阀门上；
Ⅱ . 打开油放阀门，井内的返排液在井内压力的情况下将返排液压到砂液缓冲罐（8）中；
Ⅲ . 打开砂液缓冲罐（8）出口与储液大罐（6）连接的第二阀门（7），砂液缓冲罐（8）中的压裂液进入到储液大罐（6）中；
Ⅳ . 当砂液缓冲罐（8）中的液体为10m3后，打开砂液缓冲罐（8）底部的阀门，通过砂泵（9）将砂液泵入到振动筛（11）中进行砂液分离，分离后的砂粒储存在储砂罐（12）中，直到放喷结束。
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