CN106113268B - 一种压裂船输砂混合系统及输砂方法 - Google Patents

一种压裂船输砂混合系统及输砂方法 Download PDF

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Abstract

一种压裂船输砂混合系统，储砂罐底部连接输砂装置，通过控制输砂装置的输砂绞龙的转速来调节其输砂排量；供液装置的供液流量计将采集的液体流量信号反馈给PLC控制器；排液装置的密度计将密度信号反馈给PLC控制器，排液流量计将流量信号反馈给PLC控制器，PLC控制器计算输砂装置的工作转速，并自动调节供液离心泵和输砂装置的工作转速，使排出流量与设定流量值达到一致，实现排出流量自动控制；混合罐的液位计将液面高度信号发送给PLC控制器，自动控制混合罐的液面高度。本发明提供了一种压裂船输砂混合系统及方法，使输砂速度、混合液排量、混合液密度等全部实现了远程自动控制，同时降低了混合系统的安装高度。

Description

一种压裂船输砂混合系统及输砂方法
技术领域
本发明涉及一种输砂系统，尤其是压裂船用输砂系统。
本发明还涉及一种利用上述输砂系统进行输砂的方法。
背景技术
随着石油勘探开发技术的不断进步，以酸化、压裂等技术手段的储层改造技术已经成为开发低渗油气田、提高单井产量的主体技术。该增产技术在陆地油气田得到了广泛的应用，形成了完整的配套和成熟的工艺体系。将陆地酸化、压裂等增产作业技术转化为适合海上油气作业的可行技术，将成为未来海洋石油勘探开发的发展战略之一。海洋油气压裂作业多数集中在一艘船上完成，这类专门为海洋油气增产作业而设计的压裂船，具有现场液体介质储存和配制、干料存储和输送、增压泵送等功能，能够提供包括酸化、压裂、防砂等在内的一系列增产作业服务，是低渗海洋油气勘探开发的必需装备之一。
目前海洋压裂作业一般是将橇装设备临时布置在海洋平台或船舶甲板上进行。这种橇装设备是根据陆地用的车装设备改制而来，并不能完全适应海洋平台或船舶空间的安装要求，也不符合相关安全环保规定。尤其是压裂作业时配制压裂混合液的输砂混合系统，需要先将储砂罐出砂口处的闸阀打开，砂子从闸阀流出落入混砂橇的砂斗里面，然后再由混砂橇上倾斜安装的螺旋输砂器向上输送到混合罐里，与液体混合后排出。这种方式在作业时始终需要人手动操作闸阀开口大小，而且由于螺旋输砂器是向上输送而导致输砂效率低，同时因储砂罐容积较小而限制作业加砂总量，因整套系统安装位置高导致船舶重心高而影响船舶行驶稳定性，这些原因导致无法进行大规模压裂施工。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种压裂船用输砂混合系统及方法，提高了压裂作业时输砂效率、输砂速度控制更精确、低速输砂性能更优越，适合进行大规模海洋油气压裂作业。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种压裂船输砂混合系统，包括安装在压裂船甲板上的储砂罐1、导砂管3、砂斗4、与砂斗4连接的混合罐5、供液装置7、排液装置6、PLC控制器8，砂斗4通过导砂管3与输砂装置2的出砂口连接，其特征在于：储砂罐1底部连接输砂装置2，
输砂装置2由输砂绞龙201、减速器202和驱动马达203组成，输砂绞龙201的进砂口与储砂罐1底部的出砂口连接固定，减速器202和驱动马达203用于驱动输砂绞龙，通过控制输砂绞龙201的转速来调节其输砂排量；
供液装置7由供液流量计701和供液离心泵702组成，供液离心泵702将供液设备提供的液体输送到混合罐5中，供液流量计701将采集的液体流量信号反馈给PLC控制器8；
排液装置6由密度计601、排液流量计602和排液离心泵603组成，排液离心泵603将混合罐5中的混合液导出输送给下游的压裂泵送设备，密度计601将密度信号反馈给PLC控制器8，排液流量计602将流量信号反馈给PLC控制器8，PLC控制器8计算输砂装置2的工作转速，并自动调节供液离心泵702和输砂装置2的工作转速，使排出流量与设定流量值达到一致，实现排出流量自动控制；
混合罐5安装有液位计502，液位计502将液面高度信号发送给PLC控制器8，PLC控制器8自动调节供液离心泵702的转速调节其流量，自动控制混合罐5的液面高度。
储砂罐1位置高于混合罐5顶部的进砂口。
输砂绞龙201水平布置，减速器202采用大减速比设计。
一种利用压裂船输砂混合系统输砂方法，其特征在于：
在进行压裂施工作业时，先将储砂罐1加满砂子，供液装置7与上游的供液设备连接，排液装置6与下游的压裂泵送设备连接，启动输砂装置2将砂子按要求的速度从储砂罐1导出，砂子在重力作用下，通过导砂管3和砂斗4落入混合罐5内，同时启动供液装置7向混合罐5内供液，砂子和液体在混合罐5内经搅拌器搅拌均匀后通过排液装置排出，供给下游的压裂泵送设备。
本发明的有益效果：提供了一种压裂船输砂混合系统及方法，使输砂速度、混合液排量、混合液密度等全部实现了远程自动控制，同时降低了混合系统的安装高度，有效降低了船舶重心，适合于压裂船进行系统布置；水平安装的螺旋输砂器提高了输砂效率，同时，因驱动装置带有减速器，使低速时输砂精度控制更高。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图1进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，一种压裂船输砂混合系统，包括储砂罐1、输砂装置2、导砂管3、砂斗4、混合罐5、供液装置7、排液装置6、PLC控制器8，储砂罐1安装在压裂船的上层甲板上，位置高于混合罐5顶部的进砂口，储砂罐1底部的出砂口与输砂装置2连接，混合罐5上部具有进砂口并与砂斗4连接，砂斗4通过导砂管3与输砂装置2的出砂口连接，其使用方法如下：在进行压裂施工作业时，先将储砂罐1加满砂子，供液装置7与上游的供液设备连接，排液装置6与下游的压裂泵送设备连接，启动输砂装置2将砂子按要求的某一输送排量从储砂罐1导出，砂子在重力作用下，通过导砂管3和砂斗4落入混合罐内，同时启动供液装置向混合罐内供液，砂子和液体在混合罐内经搅拌器501搅拌均匀后通过排液装置6排出，供给下游的压裂泵送设备，进行海洋油气压裂作业。
由储砂罐1、输砂装置2、导砂管3和砂斗4组成的输砂系统安装在压裂船的上层甲板上，由混合罐5、排液装置6和供液装置7组成的混合系统安装在压裂船的下层甲板上，合理利用了压裂船的上下层甲板结构布置，同时降低了混合系统的安装高度，有效降低了船舶重心，适合于针对压裂船的空间环境进行系统布置。
输砂装置2由输砂绞龙201、减速器202和驱动马达203组成，输砂绞龙201的进砂口与储砂罐1底部的出砂口连接固定，输砂绞龙201水平布置，相对传统大倾角安装的输砂绞龙，其输砂效率更高，结构简单，维护保养方便，可靠性更好，减速器202和驱动马达203用于驱动输砂绞龙，通过控制输砂绞龙201的转速来调节其输砂排量，减速器202采用大减速比设计，放大了输砂绞龙驱动扭矩，防止出现输砂卡组，同时使输砂绞龙低转速工作稳定性更好，提高输砂控制精度。
供液装置7主要由供液流量计701和供液离心泵702组成，供液离心泵将供液设备提供的液体输送到混合罐5中，供液流量计701可以计量液体的流量，将采集的液体流量信号反馈给PLC控制器8。
排液装置6主要由密度计601、排液流量计602和排液离心泵603组成，排液离心泵603将混合罐5中的混合液导出输送给下游的压裂泵送设备，密度计601可以采集混合液的密度，并将密度信号反馈给PLC控制器8，排液流量计602可以采集混合液的流量，并将流量信号反馈给PLC控制器8。
混合罐5安装有液位计502，液位计502将液面高度信号发送给PLC控制器8，PLC控制器8将该信号与设定的液面高度进行对比，并自动调节供液离心泵702的转速调节其流量，使混合罐5液面高度与设定值一致，实现混合罐液面高度自动控制。
密度计601将混合液密度信号发送给PLC控制器8，PLC控制器8将该密度信号与设定的密度值进行对比，并自动调节输砂装置2的工作转速，从而改变输砂速度，使混合液密度与设定值达到一致，实现混合液密度自动控制。
排液流量计602将排出流量信号发送给PLC控制器8，PLC控制器将该信号与设定的排出流量值进行对比，根据设定的排出流量值和密度值计算输砂装置2的工作转速，并自动调节供液离心泵702和输砂装置2的工作转速，使排出流量与设定流量值达到一致，实现排出流量自动控制。
传统油气压裂作业的输砂方法，是储砂罐中的砂子在重力作用下落入一个布置在地面的储砂斗中，再通过安装在混砂橇上具有一定倾角的螺旋输砂器向上输送到高于储砂斗的混合罐内。本发明改变了传统输砂方法，输砂装置集成在储砂罐的底部，储砂罐中的砂子直接进入输砂装置中，输砂装置出砂口的砂子在重力作用下直接落入混合罐内。

Claims (4)

1.一种压裂船输砂混合系统，包括安装在压裂船甲板上的储砂罐(1)、导砂管(3)、砂斗(4)、与砂斗(4)连接的混合罐(5)、供液装置(7)、排液装置(6)、PLC控制器(8)，砂斗(4)通过导砂管(3)与输砂装置(2)的出砂口连接，其特征在于：
由储砂罐(1)、输砂装置(2)、导砂管(3)和砂斗(4)组成的输砂系统安装在压裂船的上层甲板上，由混合罐(5)、排液装置(6)和供液装置(7)组成的混合系统安装在压裂船的下层甲板上；
储砂罐(1)底部连接输砂装置(2)；
输砂装置(2)由输砂绞龙(201)、减速器(202)和驱动马达(203)组成，输砂绞龙(201)的进砂口与储砂罐(1)底部的出砂口连接固定，减速器(202)和驱动马达(203)用于驱动输砂绞龙，通过控制输砂绞龙(201)的转速来调节其输砂排量；
供液装置(7)由供液流量计(701)和供液离心泵(702)组成，供液离心泵(702)将供液设备提供的液体输送到混合罐(5)中，供液流量计(701)将采集的液体流量信号反馈给PLC控制器(8)；
排液装置(6)由密度计(601)、排液流量计(602)和排液离心泵(603)组成，排液离心泵(603)将混合罐(5)中的混合液导出输送给下游的压裂泵送设备，密度计(601)将密度信号反馈给PLC控制器(8)，排液流量计(602)将流量信号反馈给PLC控制器(8)，PLC控制器(8)计算输砂装置(2)的工作转速，并自动调节供液离心泵(702)和输砂装置(2)的工作转速，使排出流量与设定流量值达到一致，实现排出流量自动控制；
混合罐(5)安装有液位计(502)，液位计(502)将液面高度信号发送给PLC控制器(8)，PLC控制器(8)自动调节供液离心泵(702)的转速调节其流量，自动控制混合罐(5)的液面高度。
2.根据权利要求1所述的一种压裂船输砂混合系统，其特征在于：
储砂罐(1)位置高于混合罐(5)顶部的进砂口。
3.根据权利要求1所述的一种压裂船输砂混合系统，其特征在于：
输砂绞龙(201)水平布置，减速器(202)采用大减速比设计。
4.一种利用权利要求1-3中任意一项所述的压裂船输砂混合系统的输砂方法，其特征在于：
在进行压裂施工作业时，先将储砂罐(1)加满砂子，供液装置(7)与上游的供液设备连接，排液装置(6)与下游的压裂泵送设备连接，启动输砂装置(2)将砂子按要求的速度从储砂罐(1)导出，砂子在重力作用下，通过导砂管(3)和砂斗(4)落入混合罐(5)内，同时启动供液装置(7)向混合罐(5)内供液，砂子和液体在混合罐(5)内经搅拌器搅拌均匀后通过排液装置排出，供给下游的压裂泵送设备。
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