酸化用酸液连续混配工艺及其装置
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域,特别涉及一种酸化用酸液连续混配工艺及其装置。
背景技术
酸化酸压是油气田勘探开发中低渗透率储层常用的增产措施之一。通过酸液与地层岩石接触反应,产生酸蚀孔洞,使地层油气更容易流出,达到提高产能目的。但目前酸化酸液配制方法主要采用基站配液和现场储酸罐循环配液等两种方式,使用较多的就是现场配液。其中,基站配液是由配液站配制酸液后,由运输罐车运至作业现场,这种方式运输成本极高,而且仅适用于近井及小酸量作业;而现场储酸罐循环配液方式是将原酸液及各类化学添加剂运至酸化作业现场,依靠现场一些简单设备和现场操作人员,实现逐罐配液批混批用,但是,由于这种单罐配液需要大量的耐酸储酸罐和长时间配液,往往得不到均匀的混合物,性能不一致,且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,且对人工防腐防溅劳动保护等要求高;此外,批混批用逐罐配酸方式容易导致液体腐败、跑酸、剩余液体的浪费和极难处理等,导致作业环境较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现连续对酸化用液进行混配的酸化用酸液连续混配装置。
本发明的另一目的是提供一种采用上述酸化用酸液连续混配装置实现的酸液连续混配工艺。
为此,本发明技术方案如下:
一种酸化用酸液连续混配装置,包括液体混合单元;所述液体混合单元包括螺杆泵和旋流混合装置,所述旋流混合装置包括外筒和自所述外筒的进液端至出液端且沿同一轴线依次设置在外筒内腔中的第一螺旋杆体、第一限流篦、第二螺旋杆体和第二限流篦;其中,所述第一螺旋杆体上的螺旋叶片与所述第二螺旋杆体上的螺旋叶片的螺旋方向相反;所述第一限流篦和第二限流篦为固定在所述外筒内壁上的圆盘,其上沿圆周方向开设有多个过流孔;所述螺杆泵的出液端与所述旋流混合装置的进液端连接。
进一步地,该酸化用酸液连续混配装置包括供水单元、原酸液进料单元、复合多元酸液进料/液体添加剂进料单元、液体混合单元、发液单元;所述供水单元包括供水管和多个与所述供水管连通的供水支管;所述原酸液进料单元包括原酸液进料管和多个与所述酸液管连通的酸液进料支管;所述复合多元酸液进料/液体添加剂进料单元包括添加剂进料管和多个与所述添加剂进料管连通的添加剂进料支管;所述液体混合单元还包括第一混液管和第二混液管;所述发液单元包括发液管和多个与所述发液管连通的发液支管;其中,所述供水管的两端分别与所述原酸液进料管和所述第一混液管的一端连通,所述添加剂进料管的两端分别与所述原酸液进料管和所述第一混液管的另一端连通,所述第二混液管的一端和所述螺杆泵的进液端均与所述第一混液管连通,而所述第二混液管的另一端与所述原酸液进料管连通;所述旋流混合装置的出液端与所述发液管连通。
进一步地,第一混液管和第二混液管的内壁上设有多个导流板,使进入第一混液管和第二混液管的液体沿管路内导流板形成多个漩涡状,得到初步混合液。
进一步地,在所述液体混合单元和所述发液单元之间还设置有检测单元;所述检测单元包括两端分别连接在所述旋流混合装置的出液端和所述发液管之间的测液管,以及设置在所述测液管上的流量检测装置和酸液浓度检测装置。
进一步地,该酸化用酸液连续混配装置还包括控制单元;所述控制单元包括设置在所述供水支管、所述酸液进料支管、所述添加剂进料支管和所述发液支管上的流量传感器和液力调节阀,以及分别设置在所述供水管与所述酸液管的连通处的阀门A、所述酸液管与所述添液管的连通处的阀门B、所述第二混液管上的阀门C、所述供水管与所述酸液管的连通处的阀门D、和所述测液管与所述发液管的连通处的阀门F。
进一步地,所述第一混液管和所述测液管之间通过一根回液管形成连通,且在所述回液管和所述第一混液管的连通处设置有阀门D,在所述回液管和所述测液管的连通处设置有阀门E。
进一步地,所述发液管上还设有放空管,在所述放空管上设置有阀门G;放空管用于排出施工后罐内残余的酸液,保证发液及缓冲罐内清洁。
进一步地,所述控制单元还包括PLC控制器,使所述螺杆泵、各所述流量传感器、各所述液力调节阀、各所述阀门、以及流量检测装置和酸液浓度检测装置均通过PLC控制,以实现自动控制各支管的进液或加液的位置(段)、进液或加液的时间、以及进液或加液的顺序,阀门的开闭以及螺杆泵的工作情况。
进一步地,阀门A和阀门B均为具有能够改变液体流动方向的液动开关阀,以便根据需要改变液体流动方向,清洗净装置内的酸液。
进一步地,该酸化用酸液连续混配装置还包括动力单元;所述动力单元包括柴油发电机组和与柴油发电机组连接的液压动力泵,所述液压动力泵分别通过管路与所述螺杆泵和各所述液力调节阀连接。其中,液压动力泵能够提供不低于10MPa的泵压,使最高输出排量能够达到12m3/h。
进一步地,为便于运输至不同施工场地,该酸化用酸液连续混配装置撬装式安装于一可运输平板上。
一种采用上述酸化用酸液连续混配装置实现的酸液配液工艺,步骤如下:
根据预设的施工要求,控制单元通过PLC控制装置控制供水单元、原酸液进料单元、复合多元酸液进料单元/液体添加剂进料单元中各支管的液力调节阀向管路中泵送液体,得到混合液;其中,阀门A、阀门B、阀门C、阀门F为开启状态,阀门D、阀门E和阀门G为关闭状态;
初步混合液进入螺杆泵,在PLC控制下初步混合液获得泵入压力和泵入速度,进而进入旋流混合装置进行充分混合,得到酸化用酸液;
酸化用酸液通过检测单元,对其流量和酸液浓度进行在线检测,当流量和酸液浓度不能满足施工设计数据时,通过PLC控制装置关闭阀门F,同时开启阀门D和阀门E,使不合格酸化用酸液通过回液管回到第一混液管中,同时通过调节相应支管的液力调节阀向液体混合单元补充酸液或水液并按比例补充,使其经过重新混合后达到规定的输送浓度和输送流量,在重新经过检测单元检测合格后,通过PLC控制装置关闭阀门D和阀门E,同时打开阀门F,使合格的酸液进入发液管;
利用高压泵车或压裂酸化混砂车将发液管中的酸化用酸液抽出,并注入至储层。
进一步地,施工结束后,转换阀门A和阀门B的液体流动方向,使用清水清洗整个管路。
与现有技术相比,该酸化用酸液连续混配装置及其配液工艺能够实现酸液的连续完全配制,排量大且可实现酸液的精确配比、混配均匀,使酸液整体黏度均匀,无分层现象,酸液质量高;全密闭自动混合,人工劳动强度低,避免了酸罐配液的腐蚀伤人、环境污染等;同时,通过控制单元实现根据施工设计要求随时调整各物料配比及流量,避免酸液及化学添加剂的浪费,降低了作业成本;此外该酸液连续混配装置的设计方法可实现大排量连续配液,可满足大型酸化作业需求;装置整体橇装式设计,方便运输,自带柴油机组,无需外接动力,适用于野外作业现场使用。
附图说明
图1为本发明的酸化用酸液连续混配装置的结构示意图;
图2为本发明的酸化用酸液连续混配装置的旋流混合装置的结构示意图;
图3为本发明的酸化用酸液连续混配装置的三角支架的结构示意图;
图4为本发明的酸化用酸液连续混配装置的第一限流篦(第二限流篦)的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明,但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
如图1所示,该酸化用酸液连续混配装置包括撬装式安装于一可运输平板上的供水单元I、原酸液进料单元II、复合多元酸液进料/液体添加剂进料单元III、液体混合单元、检测单元VI、发液单VII、控制单VIII和动力单元IX。
供水单元包括供水管和三个与供水管连通的供水支管;每根供水支管的端口处均设有连接由壬,用于将外部水源通过管路与供水支管连接,将配液用清水泵送至供水管中。
原酸液进料单元包括原酸液进料管和三个与酸液管连通的酸液进料支管;每根酸液进料支管的端口处均设有连接由壬,用于将原酸液储存罐通过管路与酸液进料支管连接,将原酸液泵送至原酸液进料管中。
复合多元酸液进料/液体添加剂进料单元包括添加剂进料管和三个与添加剂进料管连通的添加剂进料支管;每根添加剂进料支管的端口处均设有连接由壬,用于将复合多元酸罐和/或添加剂储存罐通过管路与酸液进料支管连接,将不同的复合多元酸和/或添加剂泵送至添加剂进料管中。
液体混合单元包括螺杆泵IV、旋流混合装置V,以及第一混液管和第二混液管;具体地,
第二混液管的一端和螺杆泵IV的进液端均直接或通过管路与第一混液管的中部连通;
螺杆泵IV的出液端与旋流混合装置V的进液端直接或通过管路连接;螺杆泵IV对混合液体进行混合加压,使各液相杂化混合并为其后的酸液输送及混合提供动力,螺杆泵的动力来自动力单元IX中液压动力源,可提供不低于10MPa的泵压,最高输出排量可达12m3/h。
如图2所示,旋流混合装置V包括外筒1,以及自外筒1的进液端至出液端且沿同一轴线依次设置在外筒内腔中的第一螺旋杆体2、第一限流篦3、第二螺旋杆体5和第二限流篦6;其中,
外筒1由螺纹连接固定的上筒和下筒构成,且两端分别设有进液端和出液端;
第一螺旋杆体2和第二螺旋杆体5均由螺杆轴和沿螺杆轴的轴向设置的螺旋叶片构成,且第一螺旋杆体2上的螺旋叶片为左旋螺旋叶片,第二螺旋杆体5上的螺旋叶片为右左旋螺旋叶片;第一螺旋杆体2和第二螺旋杆体5均通过分别设置在螺杆轴两端的两个三角支架固定在外筒内;如图3所示,每个三角支架由穿装并固定在螺杆轴轴端的固定环8和三根沿固定环圆周方向均布的连接杆9构成,每根连接杆9的一端固定在固定环的外壁上、另一端固定在外筒1的内壁上,使第一螺旋杆体2和第二螺旋杆体5以与外筒1同轴设置的方式固定在外筒1内;第一螺旋杆体2和第二螺旋杆体5的螺旋叶片的外径略小于外筒1的内壁;
第一限流篦3邻近第一螺旋杆体2设置,使第一限流篦3与第二螺旋杆体5之间留有一端间隔距离,该间隔空间形成第一空穴腔4;第二限流篦6邻近第二螺旋杆体5设置,使第二限流篦6与外筒1的出口端之间留有一端间隔距离,该间隔空间形成第二空穴腔7;如图4所示,第一限流篦3和第二限流篦6为圆盘结构,其上沿圆周方向开设有6个过流孔;第一限流篦3和第二限流篦6的外径与外筒1的内径相适应,使第一限流篦3和第二限流篦6的外壁焊接固定在外筒1的内壁上;
进入至旋流混合装置V中的加压酸液通过螺旋叶片设置相反的第一螺旋杆体2和第二螺旋杆体5使过流的酸液成为旋流方向相反、排量近似相等的流体,并通过旋流得到充分混合;其中,第一限流篦3和第二限流篦6上过流孔用于引起酸液的压差变化,使从第一螺旋杆体2和第二螺旋杆体5输出的酸液流体突然减速,进而实现由第一限流篦3和第二限流篦6流出的多股酸液流体分别在进一步进入的第一空穴腔4和第二空穴腔7中内发生激荡混合、紊流扰动及滞留分散,实现酸液流体的进一步的混合;第一空穴腔4和第二空穴腔7的空间容积与酸液配制的需求相适应,以保证有足够混合空间,为酸液流体的均匀混合提供保障。
检测单元包括测液管,以及设置在测液管上的流量检测装置和酸液浓度检测装置,用于对混合后的酸液进行流量和酸液浓度的检测,以保证满足发液要求。
发液单元包括发液管和四个与发液管连通的发液支管;其中,发液管为圆筒状,可用作缓冲罐;每个发液支管的端口处均设有连接由壬,使发液支管通过连接由壬与施工管路连接,将储存在发液管中合格酸化用酸液泵送至施工管路中;在发液管上还设置有一个放空管,其用于排出施工后罐内残余的酸液,保证发液及缓冲罐内清洁。
上述各单元之间的管路连接方式为:供水管的两端分别与原酸液进料管和第一混液管的一端连通;添加剂进料管的两端分别与原酸液进料管和第一混液管的另一端连通;第二混液管的一端和螺杆泵的进液端均与第一混液管连通,而第二混液管的另一端与原酸液进料管连通;测液管的进液端与旋流混合装置V的出液端直接或通过管路连接、出液端与发液管的进液端直接或通过管路连接;在第一混液管和测液管之间通过一根回液管形成连通,具体地,回液管的一端连接在邻近螺杆泵的第一混液管上、另一端连接在邻近发液管的测液管上。第一混液管和第二混液管的内壁上还设有多个导流板。
控制单元包括PLC控制器,以及设置在每根供水支管、每根酸液进料支管、每根添加剂进料支管和每根发液支管上的一个流量传感器和一个液力调节阀,检测单元内的流量检测装置和酸液浓度检测装置,分别设置在供水管与酸液管的连通处的阀门A、酸液管与添液管的连通处的阀门B、第二混液管上的阀门C、供水管与酸液管的连通处的阀门D、回液管和第一混液管的连通处的阀门D、回液管与测液管的连通处的阀门E、测液管与发液管的连通处的阀门F和设置在放空管汇的连通处设置有阀门G。上述各流量传感器、各液力调节阀、流量检测装置、酸液浓度检测装置、阀门A~G以及螺杆泵均通过信号传输线与PLC控制器连接,通过PLC控制其工作情况。其中,阀门A~G均为具有能够改变液体流动方向的液动开关阀。另外,由于该装置用于酸液配制,因此流量传感器、液力调节阀以及阀门A~G均需做耐酸处理。
动力单元包括柴油发电机组和与柴油发电机组连接的液压动力泵,所述液压动力泵分别通过管路与所述螺杆泵和各所述液力调节阀连接。其中,液压动力泵提供的泵压应满足作业需求。
该酸化用酸液连续混配装置的配液工艺得实现过程如下:
由PLC控制系统控制,可根据设定的清水、原酸液、复合酸液和/或添加剂等比例相应的自动调整液力调节阀大小调节输送量;各种液体沿多重管路汇集到主管汇,通过旋流、激荡,得到初步混合液;
初步混合后的酸液进入螺杆泵,由PLC控制系统控制的螺杆泵将混合液增压并泵入旋流混合装置,首先进入左旋螺旋杆体2使酸液在螺杆体上的旋流通道内通过旋流得到进一步混合,后经第一限流篦3流入到第一空4中,使由第一限流篦3流出的多股酸液流体在后续的第一空穴腔4内发生激荡混合及滞留分散,实现酸液流体的再进一步的混合,接着再次流入右旋螺旋杆体5,使酸液成为与左旋螺旋杆体2的旋流通道内旋流方向相反、排量近似的流体,并通过旋流得到更进一步混合,后流体经第二限流篦6流出到第二空穴腔7中,使由第二限流篦6流出的多股酸液流体在后续的第二空穴腔7内发生二次激荡混合及滞留分散,最终实现酸液流体的最终混合;
混合完成的酸液进入检测单元分别进行在线浓度检测和在线流量检测,并根据检测结果选择进入发液单元或返回至液体混合单元重新进行混合;具体地,
(1)当检测单元检测到酸液浓度不能满足(高于或低于)施工设计需求时,将相关信号反馈到控制单元,由控制单元重新计算相关水、酸的补充配比,同时经控制单元关闭阀门G、阻止不合格的酸液进入发液单元,打开阀门E和阀门F将不合格酸液经回液管泵送回第一混合管内,同时由控制单元根据供水单元、原酸液进料单元、复合多元酸液进料/液体添加剂进料单元实时测得的流量值重新计算相关水、酸的补充配比,并调整各单元的液力调节阀的泵送流量,向混合管路中补充不足的水或酸,确保最终输出的酸液浓度达到设计标准;
(2)当检测单元检测到输出酸液流量不能达到施工设计排量时,同上述情况的原理,将相关信号反馈到控制单元,由控制单元重新计算相关水、酸的补充配比,后综合调整上游供水单元、原酸液进料单元、复合多元酸液进料/液体添加剂进料单元液力调节阀的开启度,按比例增大各混配液体的添加量,确保最终酸液输出量。
当检测单元的实时检测结果满足施工需求时,关闭阀门E和阀门F,打开阀门G,将配制合格的酸液泵送至发液单元,进而泵送至施工管汇中。
实施例2
一种采用上述实施例1中的酸化用酸液连续混配装置实现的酸液配液工艺,具体步骤如下:
步骤一,连接管线,使供水单元、原酸液进料单元、复合多元酸液进料单元/液体添加剂进料单元中各支管均通过连接由壬与清水罐、酸液罐和添加剂罐连接,检查各支管上的流量计和液力调节阀是否工作正常,确定阀门A、阀门B、阀门C、阀门F为开启状态,阀门D、阀门E和阀门G为关闭状态;然后启动该装置的动力系统和控制系统;
步骤二,PLC控制系统根据预先设定的清水、原酸、以及添加剂的泵送比例相应的自动调整液力调节阀以调节输送量,使各种液体沿管路内导流板形成多个漩涡状,得到初步混合液;
步骤三,初步混合液进入螺杆泵,PLC控制系统根据预先设定给予初步混合液的泵入压力和泵入速度;
步骤四,经过加压和加速的初步混合液进入旋流混合装置,进行进一步充分混合,得到酸化用酸液;
步骤五,酸化用酸液通过检测单元,对其流量和酸液浓度进行在线检测,当流量和酸液浓度不能满足施工设计数据时,PLC控制系统关闭阀门F,同时开启阀门D和阀门E,使不合格酸化用酸液通过回液管回到第一混液管中,同时通过调节相应支管的液力调节阀向液体混合单元补充酸液或水液并按比例补充,使重新经过上述步骤三和步骤四过程的酸液的输送浓度和输送流量达到规定要求;在重新经过检测单元检测合格后,PLC控制系统关闭阀门D和阀门E,同时打开阀门F,使合格的酸液进入发液管(缓冲罐),实现进一步混合,准备发液;
步骤六、利用高压泵车或压裂酸化混砂车将发液管中的酸化用酸液抽出并注入至储层。
步骤七,施工结束后,转换阀门A和阀门B,改变液体流动方向,使清水流经整个管路,清理清洗装置内的酸液。
步骤九,收尾工作。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效,以及部分运用的实施例,而非用于限制本发明;应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。