CN113318654B - 一种压裂液混配装置及混配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂液混配装置，包括第一混合系统和第二混合系统，其中，第一混合包括：粉料罐，其为混配装置定量提供所需的粉料；供液机构，其为混配装置定量提供所需的溶剂；混合罐，其入口与所述粉料罐、所述供液机构连通，具有搅拌机构将粉料和溶剂混合成浓缩液；第二混合系统包括：抽液机构，其一端与所述混合罐的出口连通，定量为第二混合系统抽取所需的浓缩液；吸入管汇，其定量吸入所需的溶剂；添加管，其两端分别连通所述抽液机构和所述吸入管汇；离心泵，其连通吸入管汇的出口，将浓缩液和溶剂混合稀释成压裂液排到排出管汇。本发明还公开了一种压裂液混配方法。采用本发明的装置和方法，结构简单，大大减少设备尺寸，可靠性高。

Description

一种压裂液混配装置及混配方法

技术领域

本发明涉及一种压裂液混配装置及混配方法，属于油气田压裂技术领域。

背景技术

压裂技术是指采油或采气过程中，利用液体压力作用，使油、气的储层 形成裂缝的一种方法，其具体操作是采用高压大排量的泵，利用液体传压的 原理，将具有一定粘度的液体(即压裂液)，以大于储层的吸收能力的压力向储层注入，进而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和高导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注的目的。

现有混配设备，利用文丘里管原理吸入混配所需的粉料进行混合形成液体，再经过缓冲罐搅拌段时间进行增粘再排出，存在粉料进入口受潮粉料积块和设备突然停机时阀门无法及时关闭出现反水造成环境污染问题，受潮粉料、粉水比过大存在粉团问题，另外还存在液位计失灵导致溢罐风险，传统混配设备结构复杂，尺寸较大，操作控制难度大，设备成本较高。针对上述这情况需要一种闭式混配系统，无需液位计及阀门，不存在反水或溢罐情况，大大减少设备尺寸，结构简单，并降低设备成本，简化控制逻辑，设备稳定性及可靠性高，并可实现压裂液在线配制装置。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种压裂液混配装置及混配方法，本发明结构简单，大大减少设备尺寸，可靠性高。

本发明采用的技术方案如下：

一种压裂液混配装置，包括第一混合系统和第二混合系统，其中，

第一混合系统用于粉液初次混合，包括：

粉料罐，其为所述压裂液混配装置定量提供所需的粉料；

供液机构，其为所述压裂液混配装置定量提供所需的溶剂；

混合罐，其入口与所述粉料罐、所述供液机构连通，所述混合罐具有搅拌机构，所述搅拌机构将所述粉料和溶剂混合成浓缩液；

第二混合系统用于稀释所述浓缩液，包括：

抽液机构，其一端与所述混合罐的出口连通，定量为第二混合系统抽取所需的浓缩液；

吸入管汇，其定量吸入所需的溶剂；

添加管，其两端分别连通所述抽液机构和所述吸入管汇，浓缩液经添加管进入所述吸入管汇；

离心泵，其连通吸入管汇的出口，将浓缩液和溶剂混合稀释成压裂液排到排出管汇。

在本发明中，将压裂液混配分成两个阶段，通过第一混合系统配置浓缩液，第二混合系统将浓缩液稀释均匀制成成品压裂液。在第一混合系统，粉料罐将粉料定量下到混合罐中，供液机构将溶剂按比例定量供到混合罐中，在混合罐中高速搅拌机构将粉料和溶剂混合均匀，形成浓缩液；而第二混合系统通过抽液机构将浓缩液从混合罐抽到吸入管汇中，同时吸入管汇通过阀门按比例吸入定量的溶剂进行混合，而在离心泵的叶轮高速转动下将混合液混合均匀二次稀释，形成压裂液排出以供使用。本发明的二段式的混配装置制备压裂液简单，方便，制备的压裂液更均匀。

本发明取消了传统混配装置中，十多方体积的增粘混合罐及文丘里管原理混合器，大大减小了设备尺寸，降低了成本，整个流程封闭，避免传统混配装置中出现的液体溢出情况。

作为优选，所述粉料罐与所述供液机构通过同一管道连通混合罐。

在上述方案中，粉料和溶剂通过同一管道进入混合罐，在管道内溶剂和粉料就能进行初次混合，从而提高混合效率及混合均匀度。

作为优选，所述粉料罐设置称重机构，用于称量添加的粉料重量。作为优选，所述粉料罐与混合罐之间设置加料机，用于控制粉料的添加量，有利于防止堵塞，更有选的，加料机为双螺杆螺旋加料机。

作为优选，所述供液机构进入混合罐的出口设置切角，以减少飞溅。

在上述方案中，出口与混合罐设置向下的倾斜角，供液机构的溶剂进入混合罐时，由于倾斜角的存在能够减少飞溅。

作为优选，所述混合罐上设置电子秤。

在上述方案中电子秤用于控制液面，了解混合罐内的浓缩液存量。

作为优选，所述混合罐的出口设置滤网，用于过滤未融合的水包粉。

在上述方案中，通过滤网的过滤使可能存在未融合的水包粉留在混合罐内，不流通到下一流程，保证最后的压裂液的质量。

作为优选，所述抽液机构与添加管之间设置流量计，以计量第二混合系统中浓缩液的添加量。

作为优选，所述添加管的出口为花洒式。

在上述方案中，浓缩液通过花洒式的出口喷到吸入管汇，使得在吸入管汇内浓缩液与溶剂充分混合，有利于浓缩液与溶剂快速混合均匀，保证压裂液的稳定性。

作为优选，所述离心泵、排出管汇之间设置调节阀门和流量计，以调节压裂液的流量。

在上述方案中，通过流量计观察压裂液的流量，并用调节阀门调节到所需要的压裂液排出流量；同时吸入管汇和排出管汇可以经过调解阀门实现左右吸排互换功能。

作为优选，至少包括一组所述添加管，每组所述添加管至少包括一个添加管，每组所述添加管的一端与抽液机构连通，每组所述添加管的另一端分别或共同与至少一个吸入管汇通过公共端连通。

其中添加管为一组时，包括：添加管为一个，添加管一端连通一个或多个抽液机构，另一端连通一个或多个吸入管汇；添加管为多个，多个添加管的一端通过公共端与一个抽液机构连通，多个添加管的另一端分别或共同与至少一个吸入管汇通过公共端连通。

添加管为多组时，每组添加管的一端连通一个抽液机构；添加管为一个时，添加管另一端连通一个或多个吸入管汇；添加管为多个时，添加管的另一端分别或共同与至少一个吸入管汇通过公共端连通。

作为优选，包括两个所述添加管，两个所述添加管的一端通过公共端与抽液机构连通，两个所述添加管的另一端分别与一个吸入管汇连通。

在上述方案中，通过多组设置，能够提高混合效率，保证压裂液供给。

作为优选，所述供液机构、抽液机构为具有一定压力和容积的泵，经过调节转速并以流量计作为辅助来实现排量调节控制；

作为优选，所述供液机构、抽液机构为离心泵、螺杆泵、凸轮泵、齿轮泵或柱塞泵。

在上述方案中，通过定量泵实现定量供液和定量抽液，保证达到所需的浓度。

作为优选，还包括提升机构，用于将地面的粉料提升至一定高度添加到粉料罐中。

作为优选，所述提升机构为电动平台提升机构、螺旋输送机构或气体吹送提升机构。

在上述方案中，通过提升机构为粉料罐补充所需的粉料。

作为优选，还包括电控系统，包含有控制单元、断路器、接触器、位置传感器、限位传感器、报警器等，控制单元实现对断路器、接触器、电机、位置传感器、限位传感器、报警器等的控制，实现启停、控制转速、保护、报警等功能。

作为优选，还包括底座，混配装置设置于底座上；更优选的，底座上设置有吊耳用于设备吊装。

作为优选，还包括橇架和底座，混配装置设置于底座上，橇架设置吊耳用于设备吊装。

一种压裂液混配方法，使用上述压裂液混配装置，包括以下步骤：

步骤a：将粉料和溶剂按比例加入混合罐中，混合罐将罐内的粉料和溶剂搅拌均匀，得到浓缩液；

步骤b：将浓缩液和溶剂按照比例抽入吸入管汇，在离心泵的作用下混合均匀得到压裂液，实现压裂液的现场配置及注入。

在本发明中，通过二段式配置压裂液，首先将粉料和溶剂经过初次搅拌得到浓度较高的浓缩液，再将浓缩液稀释得到成品压裂液。需要说明的是，压裂液需要将粉料稀释到0.1-0.6%，如果只将粉料和溶剂按照比例混合搅拌，由于粉料浓度极低，非常不利于粉料搅拌均匀，极易形成水包粉，影响最终的压裂液质量。但是本发明通过先将粉料和溶剂按照一定的比例搅拌成浓缩液，此次搅拌大大减少了溶剂的添加量，更能保证粉料搅拌均匀，从而保证压裂液的混配质量。

作为优选，步骤a中，粉料和溶剂的比例为1:3-200，更优选的，粉料和溶剂的比例为1:10-100。

在上述方案中，能够使步骤a和步骤b都能够混合均匀。在步骤a中，粉液比越小分散效果更好，但是在步骤b中浓缩液与溶剂混合需要的时间更长；在步骤a中，粉液比越大分散效果更差，但是在步骤b中浓缩液与溶剂更容易混合。在1:10-100的粉液比，能够使步骤a和步骤b都能够混合均匀。

本发明的一种压裂液混配装置及混配方法，通过分段式配置压裂液，保证压裂液的质量稳定性；取消了传统混配装置中的增粘混合罐及文丘里管原理混合器，大大减小了设备尺寸，减低了成本；同时本发明也可以单纯充当供液泵，本发明的混配装置既可配液也可供液，也可以配液和供液功能同时实现以替代一台混配设备和一台供液设备，操作方便。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、装备简单，操作方便、工作效率高；

2、大大降低了设备尺寸，并减低设备成本；

3、封闭式的混配装置，不存在反水或溢罐情况；

4、配置的压裂液均匀稳定。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是混配装置的结构示意图；

图2是添加管的示意图；

图3是图3的局部放大图；

图4-11是几种混配方法流程图。

图中标记：11-粉料罐、12-供液机构、13-混合罐、14-加料机、15-称重机构、16-第一流量计、21-抽液机构、22-吸入管汇、23-添加管、231-出水孔、24-离心泵、25-排出管汇、26-调节阀门、27-第二流量计、3-提升机构、4-电控系统。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1、4所示，本实施例的一种压裂液混配装置，包括第一混合系统和第二混合系统，其中，

第一混合系统用于粉液初次混合，包括：粉料罐11，其上部具有入口用于向粉料罐11添加粉料，底部的出口向下方的混合罐13下粉料，粉料罐11上设置称重机构15能够定量提供粉料；螺杆泵作为供液机构12，其出口连通混合罐13的入口，从而定量向混合罐13泵入所需的溶剂；混合罐13，其入口与粉料罐11、供液机构12连通，混合罐13内设置高速搅拌器将粉料和溶剂混合均匀形成浓缩液；

第二混合系统用于稀释浓缩液，包括：螺杆泵作为抽液机构21，其一端与所述混合罐13的出口连通，定量将混合罐13内的浓缩液泵入第二混合系统；吸入管汇22，其上设置有阀门，通过阀门能够定量吸入所需的溶剂；添加管23，其两端分别连通抽液机构21和吸入管汇22，泵入的浓缩液经添加管23进入吸入管汇22与溶剂混合；离心泵24，其连通吸入管汇22的出口，在离心泵24的叶轮高速转动下，吸入浓缩液和溶剂并混合均匀形成成品压裂液，压裂液被排到排出管汇25以供使用。

本实施例的混配装置与传统混配装置中的增粘混合罐及文丘里管原理混合器相比，尺寸大大减少，降低了成本，整个流程封闭，避免传统混配装置中出现的液体溢出情况。

实施例2

本实施例作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，本实施例中粉料罐11与供液机构12通过同一管道连通混合罐13，粉料和溶剂通过同一管道进入混合罐13，在管道内溶剂和粉料就能进行初次混合，从而提高混合效率及混合均匀度；粉料罐11与混合罐13之间设置加料机14，用于控制粉料的添加量，有利于防止粉料堵塞，本实施例中加料机14为双螺杆螺旋加料机；抽液机构21与添加管23之间设置第一流量计16，以计量泵入第二混合系统的浓缩液量；离心泵24、排出管汇25之间设置调节阀门26和第二流量计27，通过第二流量计27观察压裂液的流量，并通过调节阀门26调节到所需要压裂液的排出流量；

还包括提升机构3，本实施例的提升机构3为电动平台提升机构，设置于粉料罐11一侧，将地面的粉料提升高度以添加到粉料罐11中，为粉料罐11补充粉料；电控系统4，包含有控制单元、断路器、接触器、位置传感器、限位传感器、报警器等，控制单元实现对断路器、接触器、电机、位置传感器、限位传感器、报警器等的控制，实现启停、控制转速、保护、报警等功能。

实施例3

本实施例作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，如图5所示，本实施例中包括一个添加管23，添加管23一端同时连通两个抽液机构21，添加管23的另一端连通一个吸入管汇22，进行压裂液混合。

实施例4

本实施例作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，如图6所示，本实施例中包括两个添加管23，两个添加管23一端均连通同一抽液机构21，两个添加管23的另一端分别各连通一个吸入管汇22，提高压裂液混合效率。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图7所示，本实施例中包括两个添加管23，两个添加管23一端均连通同一抽液机构21，两个添加管23的另一端连通同一吸入管汇22，进行压裂液混合。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图8所示，本实施例中包括两个添加管23，两个添加管23一端均连通同一抽液机构21，两个添加管23的另一端通过公共端同时连通两个吸入管汇22，进行压裂液混合。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图9所示，本实施例中包括两个添加管23，两个添加管23一端均连通同一抽液机构21，两个添加管23的另一端通过公共端分别各连通两个吸入管汇22，进行压裂液混合。

实施例5

本实施例作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，如图10所示，本实施例中包括两组添加管，每组添加管包括一个添加管23，每组添加管的一端各连通一个抽液机构21，每组添加管的另一端各连通一个吸入管汇22，进行压裂液混合。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图11所示，本实施例中包括两组添加管，每组添加管包括两个添加管23，每组添加管的一端各连通一个抽液机构21，每组添加管中的两个添加管23分别各连通一个吸入管汇，进行压裂液混合。作为实施例3-5的可选方式，在其他实施例中，添加管23的数量可以根据需要设置为其他数值。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图8所示，粉料罐11为两个，能够同时提供两种粉料。当然在其他实施例中，粉料罐的数量可以是其他数量的多个。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，供液机构进入混合罐13的出口设置向下的倾斜角，供液机构12的溶剂进入混合罐13时，由于倾斜角的存在能够减少飞溅。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，混合罐13上设置电子秤，用于控制液面，了解混合罐13内的浓缩液存量。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，混合罐13的出口设置滤网，用于过滤未融合的水包粉。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图3所示，添加管23的出口为花洒式，设置多个出水孔231，浓缩液通过出水孔231喷到吸入管汇22，使得在吸入管汇22内浓缩液与溶剂充分混合，有利于浓缩液与溶剂快速混合均匀，保证压裂液的稳定性。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，供液机构12、抽液机构21为离心泵、凸轮泵、齿轮泵或柱塞泵。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，还包括底座，混配装置设置于底座上，底座上设置有吊耳用于设备吊装。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，还包括橇架和底座，混配装置设置于底座上，橇架设置吊耳用于设备吊装。

实施例6

一种压裂液混配方法，包括以下步骤：

步骤a：将粉料和水按比例1:10的比例加入混合罐中，混合罐将罐内的粉料和溶剂搅拌均匀，得到浓缩液；

步骤b：将浓缩液和水按照比例泵入吸入管汇，在离心泵的作用下混合均匀得到稀释到0.5%的压裂液，并将压裂液通过排出管汇排出，实现压裂液的现场配置及注入。

实施例7

一种压裂液混配方法，包括以下步骤：

步骤a：将粉料和水按比例1:200的比例加入混合罐中，混合罐将罐内的粉料和溶剂搅拌均匀，得到浓缩液；

步骤b：将浓缩液和水按照比例泵入吸入管汇，在离心泵的作用下混合均匀得到稀释到0.1%的压裂液，并将压裂液通过排出管汇排出，实现压裂液的现场配置及注入。

实施例8

一种压裂液混配方法，包括以下步骤：

步骤a：将粉料和水按比例1:3的比例加入混合罐中，混合罐将罐内的粉料和溶剂搅拌均匀，得到浓缩液；

步骤b：将浓缩液和水按照比例泵入吸入管汇，在离心泵的作用下混合均匀得到稀释到0.6%的压裂液，并将压裂液通过排出管汇排出，实现压裂液的现场配置及注入。

实施例9

一种压裂液混配方法，包括以下步骤：

步骤a：将粉料和水按比例1:100的比例加入混合罐中，混合罐将罐内的粉料和溶剂搅拌均匀，得到浓缩液；

步骤b：将浓缩液和水按照比例泵入吸入管汇，在离心泵的作用下混合均匀得到稀释到0.2%的压裂液，并将压裂液通过排出管汇排出，实现压裂液的现场配置及注入。

在上述实施例，步骤b浓缩液和水的比例不小于1:5。

通过实施例的混配方法都能简单方便地制得压裂液，并且压裂液的质量稳定均匀。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种压裂液混配装置，其特征在于：包括第一混合系统和第二混合系统，其中，

第一混合系统用于粉液初次混合，包括：

粉料罐，其为所述压裂液混配装置定量提供所需的粉料；

供液机构，其为所述压裂液混配装置定量提供所需的溶剂；

混合罐，其入口与所述粉料罐、所述供液机构连通，所述混合罐具有搅拌机构，所述搅拌机构将所述粉料和溶剂混合成浓缩液；

第二混合系统用于稀释所述浓缩液，包括：

抽液机构，其一端与所述混合罐的出口连通，定量为第二混合系统抽取所需的浓缩液；

吸入管汇，其定量吸入所需的溶剂；

添加管，其两端分别连通所述抽液机构和所述吸入管汇，浓缩液经添加管进入所述吸入管汇；至少包括一组所述添加管，每组所述添加管至少包括一个添加管，每组所述添加管的一端与抽液机构连通，每组所述添加管的另一端分别或共同与至少一个吸入管汇通过公共端连通；所述添加管的出口为花洒式；

离心泵，其连通吸入管汇的出口，将浓缩液和溶剂混合稀释成压裂液排到排出管汇。

2.如权利要求1所述的压裂液混配装置，其特征在于：所述粉料罐与所述供液机构通过同一管道连通混合罐。

3.如权利要求1所述的压裂液混配装置，其特征在于：所述供液机构进入混合罐的出口设置切角，以减少飞溅。

4.如权利要求1所述的压裂液混配装置，其特征在于：所述混合罐上设置电子秤。

5.如权利要求1所述的压裂液混配装置，其特征在于：所述混合罐的出口设置滤网，用于过滤未融合的水包粉。

6.如权利要求1所述的压裂液混配装置，其特征在于：所述离心泵、排出管汇之间设置调节阀门和流量计，以调节压裂液的流量。

7.如权利要求1所述的压裂液混配装置，其特征在于：包括两个所述添加管，两个所述添加管的一端通过公共端与抽液机构连通，两个所述添加管的另一端分别与一个吸入管汇连通。

8.如权利要求1所述的压裂液混配装置，其特征在于：所述供液机构、抽液机构为具有一定压力和容积的泵，经过调节转速并以流量计作为辅助来实现排量调节控制；所述供液机构、抽液机构为离心泵、螺杆泵、凸轮泵、齿轮泵或柱塞泵。

9.如权利要求1所述的压裂液混配装置，其特征在于：还包括提升机构，用于将地面的粉料提升至一定高度添加到粉料罐中。

10.一种压裂液混配方法，使用权利要求1-9任一项所述的压裂液混配装置，其特征在于：包括以下步骤：

步骤a：将粉料和溶剂按比例加入混合罐中，混合罐将罐内的粉料和溶剂搅拌均匀，得到浓缩液；

步骤b：将浓缩液和溶剂按照比例抽入吸入管汇，在离心泵的作用下混合均匀得到压裂液，实现压裂液的现场配置及注入。

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