CN111831015A - 一种撬装式液体添加剂精确添加装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种撬装式液体添加剂精确添加装置及方法，所述装置至少包括撬架，及安装于撬架上的变频电机、储液罐、液添泵注系统和液添撬混合管汇，所述液添泵注系统设置有多套，多套液添泵注系统并列设置，且每套液添泵注系统至少包括液添泵，液添泵的动力输入端与变频电机的的动力输出端连接，液添泵的进液口与储液罐连通，液添泵的出液口分为两路，一路直接连接混砂车或混配车的上液管汇，另一路连接液添撬混合管汇的进液口，液添撬混合管汇的出液口连接混砂车或混配车的上液管汇。该装置省去了液体添加剂人工混合的环节，采用精度更高的流量计实时计量液添的比例，有效实现压裂液的精确配置，降低人员劳动强度，提高压裂施工质量。

Description

一种撬装式液体添加剂精确添加装置及方法

技术领域

本发明属于油、气井压裂设备技术领域，具体涉及一种撬装式液体添加剂精确添加装置及方法。

背景技术

近年来，压裂已成为鄂尔多斯盆地上古储层的有效改造、增产的重要手段，而压裂液体质量则是压裂施工是否顺利完成，储层是否达到改造效果的重要保障。目前压裂施工过程中各种液体添加剂的加入主要依赖混砂车、混配车的液添泵，而混砂车作为一种多功能压裂设备，液添系统负荷重，很容易出现液添系统失效、工作不稳定的现状。同时，压裂液体配置过程中，需同时按比例加入多种添加剂进行配置，混砂车、混配车上液添泵也无法满足多种添加剂同时精确加入的需求，往往需要现场施工人员将部分添加剂预先按比例进行混合后统一由单独的液添泵进行吸入，该情况造成了液体添加配置比例无法满足液体配方的要求，配置出的压裂液体性能、质量难以得到有效保证，人员手动配置添加剂时也极易造成液体飞溅，存在一定的安全、环保风险。

针对液体添加剂加入装置，申请号为CN201811081483.7的发明专利公开了一种液体添加剂投放装置及其投放方法，该申请所述液体添加剂投放装置，包括添加剂贮存盒，用于贮存液体添加剂；供水腔，供水腔上设置有入水口和连通混合筒的进水管，供水腔内设置有叶片轮，叶片轮由入水口的进水驱动，入水口处设置有通断阀；以及添加剂腔，添加剂腔上设置有吸液管和连通进水管的支管，吸液管伸至添加剂贮存盒中液体添加剂的液面下方，添加剂腔内设置有齿轮泵，齿轮泵由叶片轮的转轴驱动，支管上设置有流量控制器。申请号为CN201480011811.X的发明专利公开了用于输送液体添加剂的装置，借助于该装置，用于储存液体添加剂的储箱首先基本上完全地、以及其次(甚至在所述输送阶段)可靠地获得的是，没有气泡或特别少的气泡被吸入所述用于输送液体添加剂的装置。

上述装置均为单一液体添加供给用装置，传输距离较短，同时，所选择的添加剂加入方式无法满足压裂施工现场液体添加剂加入的需求。

发明内容

为了解决压裂施工液体配置过程中各类液体添加剂精确加入的问题，本发明提供了一种撬装式液体添加剂精确添加装置及方法。

为此，本发明所采用的的技术方案如下：

一种撬装式液体添加剂精确添加装置，至少包括撬架，所述撬架上安装有变频电机、储液罐、液添泵注系统及液添撬混合管汇，所述液添泵注系统设置有多套，多套液添泵注系统并列设置，且每套液添泵注系统至少包括液添泵，所述液添泵的动力输入端与变频电机的的动力输出端连接，液添泵的进液口与储液罐连通，液添泵的出液口分为两路，一路通过排出管汇直接连接混砂车或混配车的上液管汇，另一路通过排出管汇连接液添撬混合管汇的进液口，液添撬混合管汇的出液口连接混砂车或混配车的上液管汇。

进一步地，所述储液罐设置有多个，每个储液罐上并联有多套液添泵注系统。

进一步地，所述排出管汇上安装有流量控制阀、质量流量计及压力变送器。

进一步地，所述压力变送器与混砂车或混配车的上液管汇之间的排出管汇上安装有第一自动控制阀，所述压力变送器与液添撬混合管汇进液口之间的排出管汇上安装有第二自动控制阀。

进一步地，所述液添泵通过吸入管线与储液罐连接；且吸入管线伸入储液罐的一端端部连接有吸液器。

进一步地，所述吸液器的吸液口处安装有滤网，所述吸液器通过限位支撑组件固定于储液罐的底部。

进一步地，所述限位支撑组件包括吸盘及吸盘支撑软管，所述吸盘至少有两个，两个吸盘分别设置于吸液器的两侧，且吸盘之间设置有吸盘支撑软管，所述吸盘支撑软管上开设有供吸入管线穿过的通孔。

进一步地，所述撬架上还安装有控制系统，所述变频电机、液添泵、第一自动控制阀、第二自动控制阀分别与所述控制系统电连接。

进一步地，该装置还包括远程数据采集系统，所述远程数据采集系统采用RS485通信协议与所述控制系统进行数据通信。

一种撬装式液体添加剂精确添加方法，至少包括以下步骤：

S1.单一液体添加：将储液罐与需采用的液添泵注系统的液添泵进液口相连，并打开该液添泵注系统排出管汇上的第一控制阀，关闭其他液添泵注系统的控制阀；变频电机为液添泵提供动力，通过控制系统调节液添泵转速，设定排量与流量计检测排量一致时开始工作；

S2.混合液体添加：混合液体添加过程中单一液添泵的控制同S1，其他液添泵采用自动控制时，通过在系统中输入各液添泵的比例关系，所有液添泵可在液添撬混合管汇中进行混合后排出至混砂车或混配车的上液管汇，也可单独与混砂车或混配车的上液管汇相连进行液添供给。

采用上述技术方案，本发明的优点如下：

1）本发明所述撬装式液体添加剂精确添加装置采用多台液添泵并联的结构，由一个变频电机为所有液添泵提供动力，每个液添泵单独从储液罐中吸入单一液体添加剂，其排液口可单独供给添加剂至混砂车或混配车的上液管汇中，也可在撬内进行统一混合后排出至混砂车或混配车吸入、排出系统。即该装置可进行单一液体添加剂的加入，也可将多种添加剂在装置内按比例混合后供给至混砂车或混配车进行压裂液体配置，从而将各类液体添加剂分别采用不同的液添泵进行精确注入，省去了人工混合液体添加剂造成的计量准确度低、液体易飞溅污染环境等问题。

2）所述控制系统采用自适应负反馈的控制方式，只需调节一个液添泵的加入排量，系统会根据不同液体配方对其他液添泵的排出排量进行实时调节，单条排出管汇上的流量计可将采集的排量实时反馈至控制系统，控制系统根据实际排量与目标排量的差值，实时调整液添泵转速。同时，各液添泵还具有将不同储液罐中无法吸出的剩余液体收集、整理的功能。该装置可有效提高压裂液配置的精度，降低液体添加剂加入过程中出现的液体飞溅情况，降低人员劳动强度，提高压裂施工质量。

3）所有控制单元及阀门均可实现自动控制，同时配备本地和远程两种数据采集系统，可实现各个液添流量的实时监测。

4）液添泵还可将出口连接至另一个储液罐，对单个储液罐中的残液进行回收再利用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为撬装式液体添加剂精确添加装置的示意图；

图2为吸入管线的结构示意图。

附图标记说明：

1、变频电机；2、储液罐；3、吸入管线；4、液添泵；5、流量控制阀；6、质量流量计；7、混砂车或混配车吸入上液管汇；8、压力变送器；9、排出管汇；10、撬架；11、液添撬混合汇管；12、第一控制阀；13、第二控制阀；14、控制系统；15、吸液器；16、吸盘；17、吸盘支撑软管；18、仪表车远程数据采集系统。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例一：

本实施例涉及一种撬装式液体添加剂精确添加装置，如图1所示，至少包括撬架10，所述撬架10上安装有变频电机1、储液罐2、液添泵组及液添撬混合管汇11，所述液添泵组由多台液添泵4并联组成，每台液添泵4的进液口分别与储液罐2连通，每台液添泵4的出液口分为两路，一路通过排出管汇9直接连接混砂车或混配车的上液管汇7，另一路通过排出管汇9连接液添撬混合管汇11的进液口，液添撬混合管汇11的出液口连接混砂车或混配车的上液管汇7。

本发明采用多台液添泵并联的结构，由一个变频电机为所有液添泵提供动力，每个液添泵单独从储液罐中吸入单一液体添加剂，其排液口可单独供给添加剂至混砂车或混配出吸入、排出系统中，也可在撬内进行统一混合后排出至混砂罐或混砂车、混配车排出管汇进行混合，配置成为满足施工要求的压裂液体系，而后供给压裂泵车进行压裂施工。因此，所述撬装式液体添加剂精确添加装置可进行单一液体添加剂的加入，也可将多种添加剂在装置内按比例混合后供给至混砂车或混配车进行压裂液体配置，从而将各类液体添加剂分别采用不同的液添泵进行精确注入，省去了人工混合液体添加剂造成的计量准确度低、液体易飞溅污染环境等问题，提高压裂液体的配置质量。

实施例二：

在实施例1的基础上，进一步地，如图1所示，所述撬架10上还安装有控制系统14，所述变频电机1、液添泵4、第一自动控制阀12、第二自动控制阀13分别与所述控制系统14电连接。值得一提的是，所述控制系统14采用自适应负反馈的控制方式，只需调节一个液添泵的加入排量，系统会根据不同液体配方对其他液添泵的排出排量进行实时调节。

进一步地，所述排出管汇9上安装有流量控制阀5、质量流量计6及压力变送器8。所述流量控制阀5为单向阀，液体只能单向通过，可防止混砂车或混配车的上液管汇7中的液体倒流。所述质量流量计6的精度为0.15%。

进一步地，所述压力变送器8与混砂车或混配车的上液管汇7之间的排出管汇9上安装有第一自动控制阀12，所述压力变送器8与液添撬混合管汇11进液口之间的排出管汇9上安装有第二自动控制阀13。单条排出管汇9上的质量流量计6可将采集的排量实时反馈至控制系统，控制系统根据实际排量与目标排量的差值，实时调整液添泵转速。同时，各液添泵还具有将不同储液罐中无法吸出的剩余液体收集、整理的功能。该撬装式液体添加剂精确添加装置可有效提高压裂液配置的精度，降低液体添加剂加入过程中出现的液体飞溅情况，降低人员劳动强度，提高压裂施工质量。

需要说明的是，所述控制系统14主要完成自动控制阀门的开关控制、各液添泵流量控制等工作。控制系统由各液添泵变频控制器、自动控制阀门执行机、西门子300PLC、电位器、数显表头、控制开关、触摸屏等组成，实际作业中可采用手动、自动两种方式进行，手动模式下操作人员对控制开关、电位器的调节和触摸屏操作完成闸门开关控制和液添泵转速调节，输入的数据通过PLC处理后将控制信号发送至变频控制器和自动控制阀门执行机完成控制操作。自动控制主要针对各液添泵排量的控制方式，该方式以其中一只液添泵的排量为基准，其他液添泵排量由操作人员在触摸屏上设置好与基准排量的关系，其他液添泵的排量跟随基准排量自动调整。

因此，本发明所述撬装式液体添加剂精确添加装置中所有控制单元（即液添泵的控制）及阀门均可实现自动控制，同时配备本地和远程两种数据采集系统，可实现各个液添流量的实时监测。

实施例三：

进一步地，如图1所示，所述撬装式液体添加剂精确添加装置还包括远程数据采集系统18，所述远程数据采集系统18与所述控制系统14通讯连接，并采用RS485通信协议，以确保工作过程中数据传输稳定、正常。所述控制系统14完成液添泵4的流量控制和第一自动控制阀12、第二自动控制阀13的开关控制，同时对高精度质量流量计6及排出管汇上配套的压力变送器的数值进行实时采集并远程传输至仪表车远程数据采集系统18中。

值得一提的是，远程数据采集系统主要是将液体添加剂加入装置的数据实时在仪表车内进行采集和显示，可显示各液添泵的流量和累计流量。远程数据采集系统采用RS485通信协议与控制系统进行数据通信，在上位机采集端，通过转换器将RS485信号转换为RS232信号，由上位机的串口直接进行采集。

实施例四：

在上述实施例的基础上，进一步地，如图2所示，所述液添泵4通过吸入管线3与储液罐2连接；且吸入管线3伸入储液罐2的一端端部连接有吸液器15。

进一步地，所述吸液器15通过限位支撑组件固定于储液罐2的底部。具体地，所述限位支撑组件包括吸盘16及吸盘支撑软管17，所述吸盘16至少有两个，两个吸盘16分别设置于吸液器15的两侧，且吸盘16之间设置有吸盘支撑软管17，所述吸盘支撑软管17上开设有供吸入管线3穿过的通孔。所述吸盘16及吸盘支撑软管17将吸液器15固定在储液罐2的底部，便于更好的吸入液体，避免吸入管线3进入空气。

进一步地，所述吸液器15的吸液口上安装有滤网，值得一提的是，所述吸液器15用于将储液罐2中的液体添加剂吸入至液添泵4，同时滤除液体添加剂中的杂质，避免堵塞液添泵4，延长了液添泵4的寿命，极大的提高了施工效率和施工安全。

实施例五：

在上述实施例的基础上，进一步地，所述液添泵4还可将出液口连接至储液罐，对单个储液罐中的残液进行回收再利用。即所述储液罐2至少设置有两个，液添泵的进液口与其中一个储液罐（第一储液罐）相连，液添泵的出液口连接至另一个储液罐（第二储液罐），主要目的是将第一储液罐中的残液全部收集到第二储液罐中。因为在现场实际作业中，为保障液添加入的稳定，当储液罐中液体较少时便不再进行供液，换其他储罐，长时间工作后，有许多储罐都剩余有残液，因此第一储液罐代表许多已经用过的并具有一定残液的储罐，将各个第一储液罐中的残液进行收集，可更好的降低作业成本。

实施例六：

本实施例提供了一种撬装式液体添加剂精确添加方法，包括如下步骤：

S1.将变频电机1、储液罐2、液添泵组、液添撬混合汇管11及控制系统13分别安装于撬架10上；

S2.在储液罐2上安装吸入管线3，并使吸入管线3上的吸盘依靠重力落入储液罐2的底部并吸附在储液罐2的罐底；

S3.将吸入管线3的另一端接入液添泵4的进液口，液添泵4的出液口通过排出管汇9连接混砂车或混配车的上液管汇7，若采用多台液添泵4同时工作，则将液添撬混合汇管11与混砂车或混配车的上液管汇7相连；

S4.单一液体加注：

按设计要求，启动1套液添泵注系统，即通过变频电机1启动液添泵组中任意一台液添泵4，通过吸入管线3从储液罐2中吸取液体添加剂，关闭该装置中的所有第二控制阀13，并打开所启动液添泵注系统的第一自动控制阀12，使液体添加剂通过排出管汇9注入相应的混砂车或混配车的上液管汇7中；且在泵注过程中变频电机1为液添泵4提供动力，通过仪表车数据采集系统18采集质量流量计6的实际数据并传输至控制系统14，通过控制系统14调节液添泵4转速，设定排量与流量计检测排量一致时开始工作；

S5.多种液体同时加注：

变频电机1通电后带动多个液添泵4从多个储液罐2中吸取不同种类的液体添加剂，通过控制系统14开启第二控制阀13并关闭第一自动控制阀12，使多种液体添加剂通过排出管汇9注入液添撬混合汇管中充分混合后供给至混砂车或混配车进行压裂液体配置。在此过程中通过仪表车数据采集系统18实时采集质量流量计6的实时数据及管线上配套的压力变送器的数值，并远程传输至控制系统14，通过控制系统14控制液添泵4使其流量达到实际需求量。需要说明的是，只需采集其中1套液添泵注系统的流量数据即可，其他液添泵注系统会根据该套液添泵注系统排量自动调节排出排量；需要说明的是，混合液体添加过程中单一液添泵4的控制同S1，其他液添泵4采用自动控制时，通过在系统中输入各液添泵4的比例关系，所有液添泵4可在液添撬混合管汇11中进行混合后排出至混砂车或混配车的上液管汇7，也可单独与混砂车或混配车的上液管汇7相连进行液添供给。

S6.施工结束后拆除吸入管线3和排出管汇9。

该液体添加剂精确加入装置通过对长庆区域现用的各类压裂液体系配方进行分析，加之对各类液体添加剂的性能实验，可以将运送至现场的各类液体添加剂按配方比例精确、自动输送至混砂罐或混砂车、混配车排出管汇进行混合，配置成为满足施工要求的压裂液体系，而后供给压裂泵车进行压裂施工，可适用于目前各类压裂液体系现场配液或连续混配的要求。

综上所述，本发明所述撬装式液体添加剂精确添加方法，主要用于油、气井压裂施工过程中压裂液体配置和液体添加剂供给，该撬装式液体添加剂精确添加装置可同时完成多种液体添加剂的按比例精确添加，相比于常规的配液方式，减少了现场人员人工混合液体添加剂的环节，避免酸液飞溅造成的环境污染风险，同时，采用高精度的液添流量计进行计量，液体添加剂加入精度可达0.5%，有效实现压裂液的精确配置，降低人员劳动强度，提高压裂施工质量。

以上实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知部件和常用结构或常用手段，此处不再一一详细说明。

在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。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。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。

Claims (10)

1.一种撬装式液体添加剂精确添加装置，至少包括撬架（10），其特征在于：所述撬架（10）上安装有变频电机（1）、储液罐（2）、液添泵注系统及液添撬混合管汇（11），所述液添泵注系统设置有多套，多套液添泵注系统并列设置，且每套液添泵注系统至少包括液添泵（4），所述液添泵（4）的动力输入端与变频电机（1）的的动力输出端连接，液添泵（4）的进液口与储液罐（2）连通，液添泵（4）的出液口分为两路，一路通过排出管汇（9）直接连接混砂车或混配车的上液管汇（7），另一路通过排出管汇（9）连接液添撬混合管汇（11）的进液口，液添撬混合管汇（11）的出液口连接混砂车或混配车的上液管汇（7）。

2.根据权利要求1所述的一种撬装式液体添加剂精确添加装置，其特征在于：所述储液罐（2）设置有多个，每个储液罐（2）上并联有多套液添泵注系统。

3.根据权利要求1所述的一种撬装式液体添加剂精确添加装置，其特征在于：所述排出管汇（9）上安装有流量控制阀（5）、质量流量计（6）及压力变送器（8）。

4.根据权利要求3所述的一种撬装式液体添加剂精确添加装置，其特征在于：所述压力变送器（8）与混砂车或混配车的上液管汇（7）之间的排出管汇（9）上安装有第一自动控制阀（12），所述压力变送器（8）与液添撬混合管汇（11）进液口之间的排出管汇（9）上安装有第二自动控制阀（13）。

5.根据权利要求1所述的一种撬装式液体添加剂精确添加装置，其特征在于：所述液添泵（4）通过吸入管线（3）与储液罐（2）连接；且吸入管线（3）伸入储液罐（2）的一端端部连接有吸液器（15）。

6.根据权利要求5所述的一种撬装式液体添加剂精确添加装置，其特征在于：所述吸液器（15）的吸液口处安装有滤网，所述吸液器（15）通过限位支撑组件固定于储液罐（2）的底部。

7.根据权利要求6所述的一种撬装式液体添加剂精确添加装置，其特征在于：所述限位支撑组件包括吸盘（16）及吸盘支撑软管（17），所述吸盘（16）至少有两个，两个吸盘（16）分别设置于吸液器（15）的两侧，且吸盘（16）之间设置有吸盘支撑软管（17），所述吸盘支撑软管（17）上开设有供吸入管线（3）穿过的通孔。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种撬装式液体添加剂精确添加装置，其特征在于：所述撬架（10）上还安装有控制系统（14），所述变频电机（1）、液添泵（4）、第一自动控制阀（12）、第二自动控制阀（13）分别与所述控制系统（14）电连接。

9.根据权利要求8所述的一种撬装式液体添加剂精确添加装置，其特征在于：该装置还包括远程数据采集系统（18），所述远程数据采集系统（18）采用RS485通信协议与所述控制系统（14）进行数据通信。

10.一种撬装式液体添加剂精确添加方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

S1.单一液体添加：将储液罐（2）与需采用的液添泵注系统的液添泵（4）进液口相连，并打开该液添泵注系统排出管汇（9）上的第一控制阀（12），关闭其他液添泵注系统的控制阀；变频电机（1）为液添泵（4）提供动力，通过控制系统（14）调节液添泵（4）转速，设定排量与流量计检测排量一致时开始工作；

S2.混合液体添加：混合液体添加过程中单一液添泵（4）的控制同S1，其他液添泵（4）采用自动控制时，通过在系统中输入各液添泵（4）的比例关系，所有液添泵（4）可在液添撬混合管汇（11）中进行混合后排出至混砂车或混配车的上液管汇（7），也可单独与混砂车或混配车的上液管汇（7）相连进行液添供给。

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