CN108180005A - 一种用于压裂施工的供液系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于页岩油气区块开采中压裂施工的供液和返排液处理系统及方法，包括中心供液及返排液收集罐区、分布于井位的单元罐组、供液及返排液管网；作为压裂施工的供液系统时，中心罐区和单元罐组均包括罐体、阀门、管线，组成单独的液体进、出管汇；在中心罐区输出管线上设有多个分支管线，分别连接到多个单元罐组，每个分支管线上设有阀门；单元罐组上包括一个罐或者多个罐、泵组、阀门管汇；作为压裂施工的返排液处理系统时，从井底溢出的返排液经过过滤、絮凝、沉降、去杂质处理后，排入单元罐。本发明能够随意组合、方便拆卸、重复利用、施工时间短的供液系统，使其能够满足一个压裂区块内所有的施工需求。

Description

一种用于压裂施工的供液系统及方法

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种用于压裂施工的供液系统及方法。

背景技术

在页岩油气开采过程中，压裂是最基本的增产手段之一，其采用的方式是利用水力作用在井筒油气层中形成人工裂缝，以此提高油气层中流体流动能力。压裂的原理利用地面高压泵组，通过井筒向地层注入大排量、高粘液体，在井底憋起高压，当该压力超过地层承受能力时，便会在井底附近的地层形成裂缝，继续注入携带支撑剂的液体，裂缝逐渐向前延伸，支撑剂起到支撑裂缝作用，形成了具有一定尺寸的高导流能力的填砂裂缝，使页岩油气轻松地通过裂缝流入井中，达到增产增注效果；在压裂阶段，水占到了压裂液的98％以上。

压裂施工后由于井筒卸压，就形成了压裂返排液，压裂返排液主要是指在压裂施工后从页岩油气井中返排出的残余压裂液，成分主要包括压裂原胶液和破胶返排液，其中含有胍胶、甲醛、石油及其他各种添加剂等，具有污染物成分复杂、含沙量高、粘度大、浓度高等特点。若压裂返排液直接排放，会对周边的土壤、植被、地表水和地下水造成一定的影响，必须在排放前，对其进行有效的处理及储存，以便重复利用，但往往需要在进口增设多个场站和罐体以存放，增加占用空间，给运输和场地都提出了更高的要求，因此现在常用的方法是在现场地面开挖大面积的蓄水池，提高了土方工作量，同时，这样储存水，其自然蒸发造成浪费，完工后蓄水池需要填埋、复耕。返排液处理采用现场简单处理完后，用车拉运到集中点统一处理或者重复利用。

这种方式存在的问题主要是蓄水池和返排液两方面：

(一)、蓄水池

1、蓄水池开挖面积大，山区施工受现场环境制约大；

2、目前使用的蓄水池为钢混结构，施工建设周期较长建设成本高；

3、后期蓄水池拆除复耕难度大、成本高。

(二)、返排液

1、目前现场的返排液基本都是使用罐车拉运，运输成本过高，效率低下；

2、目前我国页岩油气的开采区块大部分都在山区，山高路险使车辆运输存在着极大的安全风险。

而目前，尚未有有效的方式来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的补助，本发明的目的是，提供一种能够随意组合、方便拆卸、重复利用、施工时间短的供液系统及方法，并通过将罐体组合串联，使其能够满足一个压裂区块内所有的施工需求。

本发明的技术方案如下：

一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统，包括中心罐区和单元罐组，作为压裂施工的供液系统时，所述中心罐区和单元罐组均包括罐体、阀门、管线，中心罐区由多个罐体组成，并将多个罐体串联到一个管线，然后管线上设有多个分支管线，分别连接到多个单元罐组，每个分支管线上设有阀门；所述单元罐组包括一个或者多个罐体、泵、阀门和管汇，通过阀门、泵、管汇互相连通；可实现罐与罐之间通过单泵或多个泵组成的泵组互通供液，单泵或泵组向一个罐供液，单泵或泵组同时向多个罐供液，一个或多个罐通过单泵或泵组外输液体，单泵或泵组直接外输液体。

进一步的，中心罐区包括9个罐体，并将9个罐体串联到一个管线，然后管线上设有多个分支管线，分别连接到多个单元罐组，每个分支管线上设有阀门；所述单元罐组上包括罐一、罐二、泵一、泵二和16个阀，分别作为阀一、阀二至阀十六，罐一和罐二之间通过管线连接，并在这段管线上串联有阀四、阀七、阀八，在阀七左右的管线上设有2个分支管线，2个分支管线分别设有阀十一和阀九，并各自连接到泵一和泵二上，并且在阀十一和阀九之后的管线之间设有管线联通，在联通的管线上设置阀十，泵一和泵二通过管线汇合到同一管线上，并与中心罐区的分支管线连接，在泵一和泵二后设有阀十五和阀十六，所述罐一和罐二分别设有向外的管线，罐一的这段管线上设有阀一，罐二的这段管线上设有阀十四；

所述罐一和罐二均包括罐体、罐顶、防漏板，所述防漏板为密封的容器，围绕在罐体外侧，在罐一的防漏板和罐二的防漏板之间设有管线，这段管线上设有阀二和阀六，在阀二和阀六之间设有分支管线并连接有泵三，泵三设有带有阀十三的外接管线；

所述罐一和罐二之间的管线与两个防漏板之间的管线，在其之间还设有联结管，并带有阀三和阀五；

在罐一和阀四之间设有管线，管线上设有阀十二，在罐二和阀八之间设有管线，管线上设有阀九，两处管线汇合到泵三之后的管线；

罐一和罐二上都设有液位计。

进一步的，所述压裂施工的返排液处理系统时，将管线分别连接到罐一的底部和罐二的顶部，并在此段管线上依次串联阀四、阀七、泵三、阀五；

在阀四和阀七之间设有分支管线并连接到罐二下方，并在此段管线上依次串联泵一、泵二、阀八，在泵一和泵二之间设有多个并列的处理罐。

进一步的，所述中心罐区设有抽水的管线。中心罐区一般设置于水系附近，抽水管线连接到附近河流湖泊等水系中。

进一步的，所述单元罐组设有抽水的管线。如果单元罐组附近有水系，则其抽水管线也连接到附近河流湖泊等水系中。

进一步的，所述管线为高压软管。

进一步的，所述罐体为可拆卸结构，由多片金属片组装而成。

进一步的，所述处理罐设有4个，分为加药混合罐、沉降处理罐、机械过滤罐、紫外线杀菌器，加药混合罐内设有搅拌器。

采用一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统工作时，其工作方法是：

作为压裂施工的供液系统时，将中心罐区的抽水的管线放入水系中，然后抽取水，灌注满中心罐区后，再将水通过泵一和泵二的带动送入单元罐组，此时，可以泵一和泵二单独或共同从中心罐区中抽水灌满罐一和罐二，压裂施工的时候，从罐一和罐二中取水，并经过阀一和阀十四流出；当罐一和罐二的水过多的时候，通过罐顶溢出的水落入防漏板内，此时通过泵三将水抽出；根据现场的不同单元罐组的蓄水情况和用水情况，选择性的从中心罐区进行补水，同时，当某个单元罐组水不足，而中心罐区也无水，而某个单元罐组水过多的时候，可从水过多的单元罐组抽水经过中心罐区送入水不足的单元罐组，达到调节分配的目的；单独的单元罐组在靠近水系时，也可通过自带的抽水的管线进行抽水，对中心罐区进行补水；

作为压裂施工的返排液处理系统时，从阀十四回收返排液后，如果返排液不需要处理，可以直接再次使用，则将其在罐二储存，并在罐二装满后在重力作用下输入罐一，并在罐一灌注满后，进一步送到中心罐区；当需要处理才能再次使用时，将阀五关闭，让返排液经过多个串联的处理罐，到达罐一和中心罐区以实现储存备用。

进一步的，当罐一中经过处理的返排液不达标时，关闭泵二和泵三，并开启泵三，将罐一内未处理达标的返排液再次输入罐二，并抽取完毕后，再次从罐二进入处理罐，经过处理后送入罐一，直到处理返排液合格为止，使其能够满足备用的标准。

本发明的有益之处在于：

1、通过设置中心罐区和单元罐组，并且使其单独具有抽水的功能，同时连成一片，使其能够在满足各自工作的情况下，又相互协调辅助，能够并线成网；

2、根据液量要求不同，可使用一个或者多个模块化组合罐。根据不同的工艺，打开或关闭阀门，可实现单罐供液、储存、输送；多罐供液、储存、输送；罐与罐之间互通供液、储存、输送；

3、压裂返排液处理系统可使用一个或者多个罐，返排液经过过滤、絮凝、沉降、去杂质处理后，进入模块化组合罐进行储存，准备重复利用或深度处理。

附图说明

图1为本发明作为压裂供液系统时候的立体外观图；

图2为本发明作为压裂返排液处理系统时候的立体外观图；

图3为罐体的结构示意图；

图4为场站分布图。

图中：

1为阀一、2为阀二、3为阀三、4为阀四、5为阀五、6为阀六、7为阀七、8为阀八、9为阀九、10为阀十、11为阀十一、12为阀十二、13为阀十三、14为为阀十四、15为阀十五、16为阀十六、17为管线、18为泵一、19为泵二、20为泵三、21为罐一、22为罐二、23为处理罐、24为罐顶、25为罐体、26为防漏板、27为单元罐组、28为中心罐区、29为河流、30为抽水管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统，包括中心罐区28和单元罐组27，作为压裂施工的供液系统时，所述中心罐区28和单元罐组27均包括罐体25、阀门、管线17，所述管线17为高压软管，所述罐体25为可拆卸结构，由多片金属片组装而成；中心罐区28包括9个罐体25，并将9个罐体25串联到一个管线17，然后管线17上设有多个分支管线17，分别连接到多个单元罐组27，每个分支管线17上设有阀门；所述单元罐组27上包括罐一21、罐二22、泵一18、泵二19和16个阀，分别作为阀一1、阀二2至阀十六16，罐一21和罐二22之间通过管线17连接，并在这段管线17上串联有阀四4、阀七7、阀八8，在阀七7左右的管线17上设有2个分支管线17，2个分支管线17分别设有阀十一11和阀九9，并各自连接到泵一18和泵二19上，并且在阀十一11和阀九9之后的管线17之间设有管线17联通，在联通的管线17上设置阀十10，泵一18和泵二19通过管线17汇合到同一管线17上，并与中心罐区28的分支管线17连接，在泵一18和泵二19后设有阀十五15和阀十六16，所述罐一21和罐二22分别设有向外的管线17，罐一21的这段管线17上设有阀一1，罐二22的这段管线17上设有阀十四14；罐一21和罐二22上都设有液位计。

所述罐一21和罐二22均包括罐体25、罐顶24、防漏板26，所述防漏板26为密封的容器，围绕在罐体25外侧，在罐一21的防漏板26和罐二22的防漏板26之间设有管线17，这段管线17上设有阀二2和阀六6，在阀二2和阀六6之间设有分支管线17并连接有泵三20，泵三20设有带有阀十三13的外接管线17；

所述罐一21和罐二22之间的管线17与两个防漏板26之间的管线17，在其之间还设有联结管，并带有阀三3和阀五5；

在罐一21和阀四4之间设有管线17，管线17上设有阀十二12，在罐二22和阀八8之间设有管线17，管线17上设有阀九9，两处管线17汇合到泵三20之后的管线17。

进一步的，所述压裂施工的返排液处理系统时，将管线17分别连接到罐一21的底部和罐二22的顶部，并在此段管线17上依次串联阀四4、阀七7、泵三20、阀五5；

在阀四4和阀七7之间设有分支管线17并连接到罐二22下方，并在此段管线17上依次串联泵一18、泵二19、阀八8，在泵一18和泵二19之间设有多个并列的处理罐23。所述处理罐23设有4个，分为絮凝罐、沉降罐、过滤罐，其中絮凝罐分为2个，絮凝罐内设有搅拌器，絮凝罐内添加絮凝剂，然后搅拌均匀再进行沉淀。

所述中心罐区28设有抽水的管线17。中心罐区28一般设置于水系附近，抽水管30线17连接到附近河流29湖泊等水系中。所述单元罐组27设有抽水的管线17。如果单元罐组27附近有水系，则其抽水管30线17也连接到附近河流29湖泊等水系中。

采用一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统工作时，其工作方式是：

作为压裂施工的供液系统时，将中心罐区28的抽水的管线17放入水系中，然后抽取水，灌注满中心罐区28后，再将水通过泵一18和泵二19的带动送入单元罐组27，此时，可以泵一18和泵二19单独或共同从中心罐区28中抽水灌满罐一21和罐二22，具体是，打开泵一18和泵二19，以及打开阀十10、阀十五15、阀十六16、阀十一11、阀九9、阀四4、阀七7、阀八8，让液体能够到罐一21和罐二22，在罐一21和罐二22上设有液位计，当液位过高，系统自动关闭泵一18和泵二19，如果需要采用单泵对罐一21和罐二22灌水的时候，如采用泵一18，则关闭泵十10和泵九9，如采用泵二19，则关闭泵十10和泵十一11；当罐一21发生泄漏液体落入防漏板26中，则将罐一21防漏板26内的水通过泵三20经过阀九9送入罐二22，当罐二22也液体过多的时候，则直接通过阀十三13送走，同理，当罐二22液体泄漏到防漏板26中后，也可以用前述方式送入罐一21。

压裂施工的时候，从罐一21和罐二22中取水，并经过阀一1和阀十四14流出；当罐一21和罐二22的水过多的时候，通过罐顶24溢出的水落入防漏板26内，此时通过泵三20将水抽出，此时打开；根据现场的不同单元罐组27的蓄水情况和用水情况，选择性的从中心罐区28进行补水，同时，当某个单元罐组27水不足，而中心罐区28也无水，而某个单元罐组27水过多的时候，可从水过多的单元罐组27抽水经过中心罐区28送入水不足的单元罐组27，达到调节分配的目的；单独的单元罐组27在靠近水系时，也可通过自带的抽水的管线17进行抽水，对中心罐区28进行补水；

作为压裂施工的返排液处理系统时，从阀十四14回收返排液后，如果返排液不需要处理，可以直接再次使用，则将其在罐二22储存，并在罐二22装满后在重力作用下输入罐一21，并在罐一21灌注满后，进一步送到中心罐区28；当需要处理才能再次使用时，将阀五5关闭，让返排液经过多个串联的处理罐23，到达罐一21和中心罐区28以实现储存备用，当罐一21中经过处理的返排液不达标时，关闭泵二19和泵三20，并开启泵三20，将罐一21内未处理达标的返排液再次输入罐二22，并抽取完毕后，再次从罐二22进入处理罐23，经过处理后送入罐一21，直到处理返排液合格为止，使其能够满足备用的标准。

本发明采用大口径高压软管取代常规的钢管及其他硬管取水，能够实现如下优点：

高压软管安装便捷，安装施工周期短，成本低，提高效率约3-5倍；高压软管节约人工成本约80％；高压软管堆放场地小，节约场地约90％；高压软管节约运输费用约70％；

采用模块化组合的罐体25取代挖掘的蓄水池，能够实现如下优点：

一次投资多次重复使用，大幅降低了成本；施工周期短，减少时间约70％；拆除简单快捷，不产生复耕费用；占地面积小，对山区施工场地要求较低；

由非金属管网输送取代罐车运输，能够实现如下优点：

输送成本降低约2/3；输送效率提高约5-15倍，大幅度减少压裂施工中停等返排液的时间；大幅降低了由山高路险带来的安全风险。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统，其特征在于，包括中心罐区和单元罐组，作为压裂施工的供液系统时，所述中心罐区和单元罐组均包括罐体、阀门、管线，中心罐区由多个罐体组成，并将多个罐体串联到一个管线，然后管线上设有多个分支管线，分别连接到多个单元罐组，每个分支管线上设有阀门；所述单元罐组包括一个或者多个罐体、泵、阀门和管汇，通过阀门、泵、管汇互相连通；可实现罐与罐之间通过单泵或多个泵组成的泵组互通供液，单泵或泵组向一个罐供液，单泵或泵组同时向多个罐供液，一个或多个罐通过单泵或泵组外输液体，单泵或泵组直接外输液体。

2.根据权利要求1所述的一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统，其特征在于，中心罐区包括9个罐体，并将9个罐体串联到一个管线，然后管线上设有多个分支管线，分别连接到多个单元罐组，每个分支管线上设有阀门；所述单元罐组上包括罐一、罐二、泵一、泵二和16个阀，分别作为阀一、阀二至阀十六，罐一和罐二之间通过管线连接，并在这段管线上串联有阀四、阀七、阀八，在阀七左右的管线上设有2个分支管线，2个分支管线分别设有阀十一和阀九，并各自连接到泵一和泵二上，并且在阀十一和阀九之后的管线之间设有管线联通，在联通的管线上设置阀十，泵一和泵二通过管线汇合到同一管线上，并与中心罐区的分支管线连接，在泵一和泵二后设有阀十五和阀十六，所述罐一和罐二分别设有向外的管线，罐一的这段管线上设有阀一，罐二的这段管线上设有阀十四；

所述罐一和罐二均包括罐体、罐顶、防漏板，所述防漏板为密封的容器，围绕在罐体外侧，在罐一的防漏板和罐二的防漏板之间设有管线，这段管线上设有阀二和阀六，在阀二和阀六之间设有分支管线并连接有泵三，泵三设有带有阀十三的外接管线；

所述罐一和罐二之间的管线与两个防漏板之间的管线，在其之间还设有联结管，并带有阀三和阀五；

在罐一和阀四之间设有管线，管线上设有阀十二，在罐二和阀八之间设有管线，管线上设有阀九，两处管线汇合到泵三之后的管线；

罐一和罐二上都设有液位计。

3.根据权利要求2所述的一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统，其特征在于，所述压裂施工的返排液处理系统时，将管线分别连接到罐一的底部和罐二的顶部，并在此段管线上依次串联阀四、阀七、泵三、阀五；

在阀四和阀七之间设有分支管线并连接到罐二下方，并在此段管线上依次串联泵一、泵二、阀八，在泵一和泵二之间设有多个并列的处理罐。

4.根据权利要求3所述的一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统，其特征在于，所述中心罐区设有抽水的管线。

5.根据权利要求4所述的一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统，其特征在于，所述单元罐组设有抽水的管线。

6.根据权利要求5所述的一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统，其特征在于，所述管线为耐酸碱高压软管。

7.根据权利要求6所述的一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统，其特征在于，所述罐体为可拆卸结构，由多片金属片组装而成。

8.根据权利要求7所述的一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统，其特征在于，所述处理装置，分为加药混合罐、沉降处理罐、机械过滤罐、紫外线杀菌器，加药混合罐内设有搅拌器。

9.采用如权利要求8所述的一种用于压裂施工的供液和返排液处理系统的工作方法，其特征在于，工作方法是：

作为压裂施工的供液系统时，将中心罐区的抽水管线放入河水、湖水系中，然后抽取水，灌注满中心罐区罐后，再将水通过泵组的输送到送入单元罐组，此时，可以用单泵或者泵组单独或共同从中心罐区中抽水灌满单元罐组中的罐体；压裂施工的时候，从单元罐组中一个罐或者多个罐中取水，并经过阀门、管线输送到混配压裂系统；当罐体泄漏的时候，泄露的水落入防漏板内，此时通过泵将水抽出，并及时处理泄露点；根据现场的不同单元罐组的蓄水情况和用水情况，选择性的从中心罐区进行补水，同时，当某个单元罐组水不足，而中心罐区也无水，而某个单元罐组水过多的时候，可从水过多的单元罐组抽水送入水不足的单元罐组，达到调节分配的目的；单独的单元罐组在靠近水系时，也可通过自带的抽水的管线进行抽水，对中心罐区进行补水；

作为压裂施工的返排液处理系统时，从井底溢出的返排液，可直接进入单元罐组进行储存；也可经过过滤、絮凝、沉降预处理后，将其储存在单元罐组中，重复使用；当单元罐组的灌存满后，进一步送到中心罐区，以实现储存备用。