CN110285050A - 防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的方法及装置 - Google Patents

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马收
刘明明
杨红蕾
李奕涵
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
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Abstract

本发明公开了一种防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的方法及装置，属于油气田水力压裂技术领域。防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的方法，吸入管汇采用变径管，确定变径管的形状包括以下步骤：(1)确定吸入管汇的吸入管长度L、吸入口直径D吸入口和排出口的压裂液流量Q排出口；(2)确定压裂砂在压裂液中的临界沉降速度v沉降；(3)计算吸入管汇排出口临界直径D临界；(4)确定吸入管汇排出口直径D排出口，D排出口≤D临界。本发明通过变径吸入管汇的设计，能够使压裂液在其中保持较高的流速流动，减少了压裂砂的沉降，提高了压裂施工及后续泵送桥塞射孔连作施工的安全性，降低了人员的劳动强度。

Description

防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的方法及装置
技术领域
本发明属于油气田水力压裂技术领域，涉及一种防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的方法及装置。
背景技术
水力压裂技术是一种有效的储层改造措施，被广泛应用于常规和非常规油气田开发。水力压裂是靠地面压裂泵车车组将流体高速注入井中，借助井底憋起的高压，使油层岩石破裂产生裂缝，裂缝靠泵入的压裂砂支撑，形成具有一定导流能力的油气渗流通道。在压裂施工过程中，压裂液与携砂液通过压裂泵车的吸入管汇进入液力端的吸入低压腔体，经过柱塞加压后进入排出高压腔体，之后通过液力端连接的高压管线进入井筒。
目前，压裂泵车液力端的吸入管汇多采用等径结构。压裂液在等径吸入管汇中流动时会在每个排出口有一定的流失，这导致压裂液沿着吸入管汇流动时流速是逐渐降低的，当流速低于压裂砂的临界沉降速度时，压裂砂会从携砂液中沉降到吸入管汇表面，形成沉砂。这些沉砂会给泵送桥塞射孔连作施工带来重大风险，而且沉砂需要在后期压裂泵车维护保养时清理，增加人员的劳动强度。
人们迫切需要一种防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的方法，从源头上避免和减少沉砂的形成，防止施工风险。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的方法。本发明的目的通过以下技术方案实现。
防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的方法，其特征在于，吸入管汇采用变径管，确定变径管的形状包括以下步骤：
(1)确定吸入管汇的吸入管长度L、吸入口直径D吸入口和排出口的压裂液流量Q排出口；
(2)确定压裂砂在压裂液中的临界沉降速度v沉降；
(3)计算吸入管汇排出口临界直径D临界；
(4)确定吸入管汇排出口直径D排出口，D排出口≤D临界。
步骤(1)中吸入管汇的吸入管长度L和吸入口直径D吸入口根据压裂泵车液力端的其他部件确定，排出口的压裂液流量Q排出口根据施工需要确定。当吸入管长度L、吸入口直径D吸入口和排出口直径D排出口全部确定以后，吸入管汇变径管的形状即可确定。
本发明通过采用变径管来制造吸入管汇，通过管径逐渐变小来保证压裂液在吸入管汇中以较高的流速流动，使得压裂液在吸入管汇排出口的流速大于压裂砂在压裂液中的临界沉降速度，从而实现避免或减少沉砂的形成。
进一步地，步骤(3)中吸入管汇排出口临界直径的计算公式为，
进一步地，步骤(2)中压裂砂在压裂液中的临界沉降速度v沉降通过沉降实验测定。
进一步地，吸入管汇排出口直径D排出口与吸入管汇排出口临界直径D临界之比为0.6～1∶1，优选0.7～0.9∶1。
本发明的另一目的是提供一种防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的装置，包括以下部分：一根变径管及固定变径管的固定支架，变径管最粗端设有吸入口、细端设有排出口，变径管的形状由前述方法确定。
进一步地，在变径管设有与排出口对应的除砂口。即使变径吸入管汇出现沉砂，操作人员也可以通过除砂口快速除去沉砂。
进一步地，排出口位于变径管顶部，除砂口位于变径管底部。除砂口位于变径管底部，方便操作人员除去沉砂。
进一步地，排出口和除砂口有多个。
进一步地，固定支架有多个。
本发明通过变径吸入管汇的设计，能够使压裂液在其中保持较高的流速流动，减少了压裂砂的沉降，提高了压裂施工及后续泵送桥塞射孔连作施工的安全性，降低了人员的劳动强度。
附图说明
图1是液力端吸入管汇安装后的示意图。
图2是变径吸入管汇与等径吸入管汇对比示意图。
图3是变径吸入管汇与等径吸入管汇沿程流速分布图。
附图标记：1-变径管，2-除砂口，3-排出口，4-吸入口，5-固定支架。
具体实施方式
以下对本发明做进一步说明。
一种防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的方法，吸入管汇采用变径管，确定变径管的形状包括以下步骤：
(1)确定吸入管汇的吸入管长度L、吸入口直径D吸入口和排出口的压裂液流量Q排出口。吸入管汇的吸入管长度L和吸入口直径D吸入口根据压裂泵车液力端的其他部件确定，排出口的压裂液流量Q排出口根据施工需要确定。
(2)通过沉降实验确定压裂砂在压裂液中的临界沉降速度v沉降。
(3)利用公式计算吸入管汇排出口临界直径D临界。
(4)确定吸入管汇排出口直径D排出口，吸入管汇排出口直径D排出口与吸入管汇排出口临界直径D临界之比为0.6～1∶1，优选0.7～0.9∶1。
当吸入管长度L、吸入口直径D吸入口和排出口直径D排出口全部确定以后，吸入管汇变径管的形状即可确定。
一种防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的装置，如图1所示，包括以下部分：一根变径管1，变径管的形状由前述方法确定；五个除砂口2，五个排出口3，一个吸入口4和两个固定支架5。吸入口4位于变径管最粗端，排出口3位于变径管细端，排出口3位于变径管顶部，除砂口位于变径管底部。
变径吸入管汇与等径吸入管汇对比示意图如图2所示。下面将变径吸入管汇与等径吸入管汇进行简化假设：吸入口排量QA＝1m3/min，排出口排量QB＝0.2m3/min，且5个排出口流量一致，不考虑摩阻损失与压头损失，直径D1＝10.16cm，直径D2＝5.08cm，吸入管汇长度L＝1m。吸入管汇沿程的流速公式为：
压裂液在吸入管汇中流动时，每到达一个排出口都会有一部分液体(QB)进入液力端的吸入低压腔体，吸入管汇内的流量逐渐减小，到达最后一个排出口时的流量最小，此时最容易发生沉砂。因此，计算此位置的压裂液流速：
对于等径吸入管汇
对于变径吸入管汇
对比发现，压裂液到达最后一个排出口时，压裂液在变径吸入管汇中的流速是等径吸入管汇的4倍，说明变径吸入管汇可以使压裂液的流速维持在较高的流速范围内，因此变径吸入管汇中沉砂的可能性小。
图3为压裂液在两种吸入管汇流动时的沿程流速分布图，从中可以发现，压裂液在变径吸入管汇中的流速高于等径吸入管汇，且变径吸入管汇可以使压裂液的流速维持在较高的流速范围内。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。本发明的保护范围由所附权利要求书及其等同技术方案限定。

Claims (10)

1.防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的方法，其特征在于，吸入管汇采用变径管，确定变径管的形状包括以下步骤：
(1)确定吸入管汇的吸入管长度L、吸入口直径D吸入口和排出口的压裂液流量Q排出口；
(2)确定压裂砂在压裂液中的临界沉降速度v沉降；
(3)计算吸入管汇排出口临界直径D临界；
(4)确定吸入管汇排出口直径D排出口，D排出口≤D临界。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中吸入管汇排出口临界直径的计算公式为，
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中压裂砂在压裂液中的临界沉降速度v沉降通过沉降实验测定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸入管汇排出口直径D排出口与吸入管汇排出口临界直径D临界之比为0.6～1∶1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸入管汇排出口直径D排出口与吸入管汇排出口临界直径D临界之比为0.7～0.9∶1。
6.防止压裂泵车液力端吸入管汇中沉砂的装置，其特征在于，包括以下部分：一根变径管及固定变径管的固定支架，变径管最粗端设有吸入口、细端设有排出口，变径管的形状由权利要求1-5任一权利要求所述的方法确定。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在变径管设有与排出口对应的除砂口。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，排出口位于变径管顶部，除砂口位于变径管底部。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，排出口和除砂口有多个。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，固定支架有多个。
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