CN116163699B - 一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于非常规油气开发技术领域，具体是一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置及方法。包括压裂井筒，压裂井筒内设置有固体添加剂风力输送管、注水管、搅拌管、粘度传感器线路管以及压力传感器线路管；固体添加剂风力输送管向压裂孔内输送配制压裂液所需的化学试剂；注水管上部通过注水泵与水源连接，注水管向压裂孔内输送清水；搅拌管内设置有可以从搅拌管底部伸出的搅拌棒；粘度传感器线路管底部安装粘度传感器；压裂井筒上部通过气泵与氮气源连接，气泵由电脑控制，氮气通过压裂井筒给压裂液加压。压力传感器线路管底部安装压力传感器，并将所测压力值传回电脑。本发明可以减少高粘度压裂液注入过程中井壁的摩擦阻力。

Description

一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置及方法

技术领域

本发明属于非常规油气开发技术领域，具体是一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置及方法。

背景技术

近年来，以粘弹性表面活性剂为主剂配制的压裂液因其粘度高，滤失小，造缝效果好，易破胶，无残渣而受到广泛关注。相对于清水，粘弹性表面活性剂压裂液粘度较大，尽管目前已经有不少适用于高粘度液体的齿轮泵，但是当输送的介质具有腐蚀性时，采用的材料成本较高。通常为了减小流动阻力，需提高泵的吸液能力，必须对介质进行加热或保温，当岩体和压裂液输送管温差较大时，压裂液和煤体热量交换，造成压裂液温度降低，粘度增大，输送阻力增大，甚至可能堵塞输送管。因此，传统的压裂液注入方法和装置不能完成高粘度压裂液的注入，即使使用高压泵，消耗的能量也较大，成本高，效果差，使用不方便，阻碍了粘弹性表面活性剂压裂液的大规模使用。因此亟需研发一种新的压裂液注入装置和方法。

发明内容

本发明为了解决传统压裂液注入装置和方法不能满足高粘度粘弹性表面活性剂压裂液注入需要的问题，提供一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置及方法。

本发明采取以下技术方案：一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置，包括压裂井筒，压裂井筒内设置有固体添加剂风力输送管、注水管、搅拌管、粘度传感器线路管以及压力传感器线路管；

固体添加剂风力输送管向压裂孔内输送配制压裂液所需的化学试剂；

注水管上部通过注水泵与水源连接，注水泵由电脑控制，注水管向压裂孔内输送清水；

搅拌管内设置有可以从搅拌管底部伸出的搅拌棒，搅拌棒由电脑控制；

粘度传感器线路管底部安装粘度传感器，不影响搅拌棒转动，可测试压裂液粘度，并将所测粘度值传回电脑；

压裂井筒上部通过气泵与氮气源连接，气泵由电脑控制，氮气通过压裂井筒给压裂液加压；

压力传感器线路管底部安装压力传感器，可以监测压裂孔内的压力，并将所测压力值传回电脑。

在一些实施例中，还包括压裂液返排管，压裂液返排管上部与抽水泵连接，抽水泵由电脑控制，压裂液返排管用于将未深入煤体的压裂液排出。

在一些实施例中，固体添加剂风力输送管连接螺杆泵或齿轮泵，螺杆泵或齿轮泵连接电脑，固体添加剂风力输送管底部设有挡板I，挡板I通过弹簧与固体添加剂风力输送管底部内侧连接，挡板I和固体添加剂风力输送管垂直设置，挡板I将固体添加剂风力输送管封闭，当挡板I受到外力作用时，沿受力方向打开；挡板I上侧设置有固定在固体添加剂风力输送管内壁的凸环，挡板I受固体添加剂风力输送管上凸环阻挡，只能沿风力输送方向开启。

在一些实施例中，注水管底部设置有防逆流装置。

在一些实施例中，防逆流装置包括金属球，金属球通过多根固定杆安装在注水管内，金属球周侧弹性连接有伞状挡板，伞状挡板将注水管封闭，当注水时，受力的作用伞状挡板垂下，水可以流入压裂孔内，注水结束后，伞状挡板又将注水管封闭，防止压裂液逆流。

在一些实施例中，压裂井筒内设置有井筒活塞，井筒活塞将压裂井筒内部分为上下两部分。

在一些实施例中，压裂液返排管底部通过弹簧固定有挡板II，挡板II将压裂液返排管封闭，当挡板II受到外力作用时，可以沿受力方向打开；挡板II和压裂液返排管垂直设置，压裂液返排管内设置有返排控制杆，返排控制杆端部顶在挡板II上侧。

一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置的使用方法，包括以下步骤，

S100：向固体添加剂风力输送管加入压裂液配制所需添加剂，将添加剂输送至压裂孔；

S200：打开注水泵从注水管向压裂孔中注水，注水结束后，形成的压裂液受防逆流装置阻挡，不会倒流；

S300：注水完成后，电脑控制搅拌棒伸出搅拌管，并在一定速率下转动，直到压裂孔中的压裂液粘度稳定；

S400：在电脑中输入压裂所需压力值，通过气泵向压裂井筒内通氮气，压裂过程中产生的压力通过压力传感器线路管传回电脑，压力不断升高直到岩体破裂，此时压力降为零，关闭气泵；

S500：通过电脑控制注水泵向注水管内注少量水，使压裂液破胶，控制抽水泵将破胶后的压裂液返排。

与现有技术相比，本发明提供一种新的装置和方法，可以更加便捷、经济、高效地注入压裂液，在保证压裂效果的前提下，减少压裂液用量。利用本发明可以减少高粘度压裂液注入过程中井壁的摩擦阻力，降低压裂液注入的泵压，节省压裂液用量。

附图说明

图1为本发明提供的一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置结构示意图；

图2为本发明提供的固体添加剂风力输送管设计图；

图3为本发明提供的注水管设计示意图；

图4为本发明提供的搅拌管设计示意图；

图5为本发明提供的压裂井筒设计示意图；

图6为本发明提供的压裂液返排管设计示意图；

图7为本发明提供的一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置使用方法示意图；

图中1-压裂井筒，1.1-井筒活塞，1.2-氮气，1.3-氮气加压管内压裂液，2-固体添加剂风力输送管，2.1-固体添加剂，2.2-挡板I，2.3-凸环，3-注水管，3.1-清水，3.2-注水管内压裂液，3.31-固定杆，3.32-金属球，3.33-伞状挡板，4-搅拌管，4.1-搅拌棒， 5-粘度传感器线路管，6-压力传感器线路管，7-压裂液返排管，7.1-返排控制杆，7.2-返排管内的压裂液，7.3-挡板II，8-电脑，9-气泵，10-注水泵，11-抽水泵，12-螺杆泵或齿轮泵，13-压裂孔，14-压裂液。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明所采用的技术方案如下：

首先在岩层中钻压裂孔和压裂井，安装压裂液井下配制装置。本发明以压裂煤层举例说明。所列举压裂液配方适用于煤层，若利用该装置及方法压裂其他岩层（如油气层、页岩等），需调整压裂液配方。

如图1所示，一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置，包括压裂井筒1，压裂井筒1内设置有固体添加剂风力输送管2、注水管3、搅拌管4、粘度传感器线路管5以及压力传感器线路管6；固体添加剂风力输送管2向压裂孔内输送配制压裂液所需的化学试剂；注水管3上部通过注水泵10与水源连接，注水泵10由电脑8控制，注水管3向压裂孔内输送清水；搅拌管4内设置有可以从搅拌管4底部伸出的搅拌棒4.1，搅拌棒4.1由电脑8控制；粘度传感器线路管5底部安装粘度传感器，不影响搅拌棒转动，可测试压裂液粘度，并将所测粘度值传回电脑8；压裂井筒1上部通过气泵9与氮气源连接，气泵9由电脑8控制，氮气通过压裂井筒1给压裂液加压。压力传感器线路管6底部安装压力传感器，可以监测压裂孔13内的压力，并将所测压力值传回电脑8。

进一步的，还包括压裂液返排管7，压裂液返排管7上部与抽水泵11连接，抽水泵11由电脑8控制，压裂液返排管7用于将未深入煤体的压裂液排出。

如图2所示，固体添加剂风力输送管2连接螺杆泵或齿轮泵12，螺杆泵或齿轮泵12连接电脑8，固体添加剂风力输送管2底部设有挡板I2.2，挡板I2.2通过弹簧与固体添加剂风力输送管2底部内侧连接，该挡板I2.2通过弹簧固定在固体添加剂风力输送管底部约20cm处。挡板I2.2和固体添加剂风力输送管2垂直设置，挡板I2.2将固体添加剂风力输送管2封闭，当挡板I2.2受到外力作用时，沿受力方向打开；挡板I2.2上侧设置有固定在固体添加剂风力输送管2内壁的凸环2.3，挡板I2.2受固体添加剂风力输送管上凸环2.3阻挡，只能沿风力输送方向开启。

如图3所示，注水管3底部设置有防逆流装置。防逆流装置包括金属球3.32，金属球3.32通过多根固定杆3.31安装在注水管3内，金属球3.32周侧弹性连接有伞状挡板3.33，伞状挡板3.33将注水管3封闭，当注水时，受力的作用，伞状挡板3.33垂下，水可以流入压裂孔13内，注水结束后，伞状挡板3.33又将注水管3封闭，防止压裂液逆流。

如图5所示，压裂井筒1内设置有井筒活塞1.1，井筒活塞1.1将压裂井筒内部分为上下两部分。

如图6所示，压裂液返排管7底部通过弹簧固定有挡板II7.3，挡板II7.3将压裂液返排管封闭，当挡板II7.3受到外力作用时，可以沿受力方向打开；挡板II7.3和压裂液返排管7垂直设置，压裂液返排管7内设置有返排控制杆7.1，返排控制杆7.1端部顶在挡板II7.3上侧。

一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置的使用方法，包括以下步骤，

S100：向固体添加剂风力输送管2加入压裂液配制所需添加剂，将添加剂输送至压裂孔；如在煤层中压裂可在以下三个压裂液配方中选其一：0.8 wt% 十八烷基三甲基氯化铵 + 0.2 wt % 水杨酸钠 + 1 wt% 氯化钾或0.8 wt% 十八烷基三甲基氯化铵 + 0.1 wt%椰油酰胺丙基甜菜碱 + 0.2 wt% 水杨酸钠 + 1 wt% 氯化钾或1.75 wt%椰油酰胺丙基甜菜碱 + 0.6 wt% 十二烷基磺酸钠 + 3 wt% 氯化钾，如压裂岩层为油气层、页岩等，需重新选取压裂液配方。

如所选压裂液配方为0.8 wt% 十八烷基三甲基氯化铵 + 0.2 wt % 水杨酸钠 +1 wt% 氯化钾，该配方在40℃下粘度为24.5 mPa·s，每配制1000g该压裂液需准备8g十八烷基三甲基氯化铵、2g水杨酸钠、10g氯化钾、980g 的水。

S200：打开注水泵10从注水管3向压裂孔中注水，注水结束后，形成的压裂液受防逆流装置阻挡，不会倒流。

注水管底部设有防逆流装置，防逆流装置由金属球以及伞状挡板组成，伞状挡板固定于金属球四周，金属球通过固定杆固定于注水管内壁上，伞状挡板将注水管封闭，只能沿着注水方向打开。伞状挡板在注水管内呈展开状，当注水时伞状挡板在注水压力下打开，水流入压裂孔内。在电脑中输入注水量和注水速率，开启注水泵，以30ml/min的流量向压裂孔中注水。注水量根据压裂液配方计算，如选择压裂液配方为0.8 wt% 十八烷基三甲基氯化铵 + 0.2 wt % 水杨酸钠 + 1 wt% 氯化钾，则每配制1000g压裂液需加入980g 的水。

S300：注水完成后，电脑9控制搅拌棒4伸出搅拌管4.1，并在一定速率下转动，直到压裂孔中的压裂液粘度稳定。

通过搅拌管搅拌化学试剂及水，直到压裂液粘度稳定。搅拌管位于压裂井筒1中央，压裂井筒直径比固体添加剂风力输送管、注水管、粘度传感器线路管、压力传感器线路管、压裂液返排管大。搅拌管内设置搅拌棒，搅拌棒通过电脑控制，在注水结束后，电脑控制搅拌棒伸出搅拌管，并在一定速率下转动，直到压裂孔中的压裂液粘度稳定。压裂液粘度通过粘度传感器线路管传回电脑。若搅拌30 min粘度未达到20mPa·s以上，则需通过固体添加剂风力输送管再加入少量粘弹性表面活性剂（十八烷基三甲基氯化铵）以提高压裂液粘度，直到压裂液粘度达到20mPa·s以上。

S400：在电脑8中输入压裂所需压力值，通过气泵9向压裂井筒1内通氮气，压裂过程中产生的压力通过压力传感器线路管6传回电脑8，压力不断升高直到岩体破裂，此时压力降为零，关闭气泵9。

压裂液配制完成后，通过压裂井筒1给压裂液加压，由于压裂液粘度较高，在煤体内滤失较少，所以压裂液可以将煤体压开新的裂缝。压裂井筒1内设井筒活塞1.1，在压裂液达到所需粘度后，在电脑9中输入压裂所需压力值，通过气泵10向压裂井筒1内通氮气，氮气压力通过井筒活塞1.1给压裂液加压，压裂过程中产生的压力通过压力传感器线路管6传回电脑9，压力不断升高直到岩体破裂，此时压力降为零，关闭气泵10。

S500：通过电脑8控制注水泵10向注水管3内注少量水，使压裂液破胶，控制抽水泵11将破胶后的压裂液返排。

压裂结束后，未深入煤体的压裂液可经压裂液返排管排出。压裂液返排管内设返排控制杆7.1和挡板II7.3，挡板II7.3通过弹簧固定在固体添加剂风力输送管底部约20cm处，挡板II7.3和压裂液返排管7垂直设置，挡板II7.3将压裂液返排管封闭，当挡板II7.3受到外力作用时，可沿受力方向打开。在压裂液配制和压裂过程中，挡板II7.3受返排控制杆7.1阻挡，处于关闭状态，使受压力影响的压裂液不会在压裂液返排管7内冒出。在压裂结束后，通过电脑8控制注水泵10向注水管3内注少量水，使压裂液破胶，电脑8控制返排控制杆7.1使挡板II7.3打开，控制抽水泵11，将破胶后的压裂液返排。

如图7所示，首先在最远处的压裂孔13内配制压裂液14并开展压裂作业，产生压裂裂缝后，在下一个压裂孔13内继续开展压裂作业，直至压裂作业完成。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置，其特征在于：包括压裂井筒（1），压裂井筒（1）内设置有固体添加剂风力输送管（2）、注水管（3）、搅拌管（4）、粘度传感器线路管（5）以及压力传感器线路管（6），所述压裂井筒（1）内设置有井筒活塞（1.1），井筒活塞（1.1）将压裂井筒（1）内部分为上下两部分；

固体添加剂风力输送管（2）向压裂孔内输送配制压裂液所需的化学试剂；所述固体添加剂风力输送管（2）连接螺杆泵或齿轮泵（12），螺杆泵或齿轮泵（12）连接电脑（8），固体添加剂风力输送管（2）底部设有挡板I（2.2），挡板I（2.2）通过弹簧与固体添加剂风力输送管（2）底部内侧连接，挡板I（2.2）和固体添加剂风力输送管（2）垂直设置，挡板I（2.2）将固体添加剂风力输送管（2）封闭，当挡板I（2.2）受到外力作用时，沿受力方向打开；挡板I（2.2）上侧设置有固定在固体添加剂风力输送管（2）内壁的凸环（2.3），挡板I（2.2）受固体添加剂风力输送管上凸环（2.3）阻挡，只能沿风力输送方向开启；

注水管（3）上部通过注水泵（10）与水源连接，注水泵（10）由电脑（8）控制，注水管（3）向压裂孔内输送清水，所述注水管（3）底部设置有防逆流装置；

搅拌管（4）内设置有能够从搅拌管（4）底部伸出的搅拌棒（4.1），搅拌棒（4.1）由电脑（8）控制；

粘度传感器线路管（5）底部安装粘度传感器，并将所测粘度值传回电脑（8）；

压裂井筒（1）上部通过气泵（9）与氮气源连接，气泵（9）由电脑（8）控制，氮气通过压裂井筒（1）给压裂液加压；

压力传感器线路管（6）底部安装压力传感器，并将所测压力值传回电脑（8）。

2.根据权利要求1所述的粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置，其特征在于：还包括压裂液返排管（7），压裂液返排管（7）上部与抽水泵（11）连接，抽水泵（11）由电脑（8）控制，压裂液返排管（7）用于将未深入煤体的压裂液排出。

3.根据权利要求1所述的粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置，其特征在于：所述防逆流装置包括金属球（3.32），金属球（3.32）通过多根固定杆（3.31）安装在注水管（3）内，金属球（3.32）周侧弹性连接有伞状挡板（3.33），伞状挡板（3.33）将注水管（3）封闭，当注水时，受力的作用伞状挡板（3.33）垂下，水能够流入压裂孔内，注水结束后，伞状挡板（3.33）又将注水管（3）封闭，防止压裂液逆流。

4.根据权利要求2所述的粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置，其特征在于：所述压裂液返排管（7）底部通过弹簧固定有挡板II（7.3），挡板II（7.3）将压裂液返排管封闭，当挡板II（7.3）受到外力作用时，能够沿受力方向打开；挡板II（7.3）和压裂液返排管（7）垂直设置，压裂液返排管（7）内设置有返排控制杆（7.1），返排控制杆（7.1）端部顶在挡板II（7.3）上侧。

5.一种如权利要求2所述的粘弹性表面活性剂压裂液井下配制装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，

S100：向固体添加剂风力输送管（2）加入压裂液配制所需添加剂，将添加剂输送至压裂孔；

S200：打开注水泵（10）从注水管（3）向压裂孔中注水，注水结束后，形成的压裂液受防逆流装置阻挡，不会倒流；

S300：注水完成后，电脑（8）控制搅拌棒（4.1）伸出搅拌管（4），并在一定速率下转动，直到压裂孔中的压裂液粘度稳定；

S400：在电脑（8）中输入压裂所需压力值，通过气泵（9）向压裂井筒（1）内通氮气，压裂过程中产生的压力通过压力传感器线路管（6）传回电脑（8），压力不断升高直到岩体破裂，此时压力降为零，关闭气泵（9）；

S500：通过电脑（8）控制注水泵（10）向注水管（3）内注少量水，使压裂液破胶，控制抽水泵（11）将破胶后的压裂液返排。

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