CN202202856U - 放射性示踪砂注入装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭露并描述了用于向水力压裂系统输送示踪砂的装置。该装置具有输送速度可调、均匀、放射性零污染、操作人员所受剂量小、安全等特点。该装置通过适配器实现与水力压裂系统的连接，阀门可以切断或者联通与水力压裂系统之间的联通。示踪砂装在管状容器内，通过示踪砂吸取针部件的向下运动实现示踪砂的调速注入，示踪砂吸取针部件可以上下运动的同时，保持管状容器的密封性。该管状容器上部一侧具一侧开口，以便联通到储液罐，储液罐中装有粘稠液体。整个装置用管道连接起来，通过泵送粘稠液体携带示踪砂到水力压裂系统中。

Description

放射性示踪砂注入装置

技术领域

本实用新型提供了一种将示踪砂传送到水力压裂系统的装置，用于油田、煤层气开发等过程中的水力压裂施工中，将固体示踪砂传送到水力压裂系统，以评价压裂施工效果。

背景技术

目前在低渗透油藏中的石油或者煤层中的煤层气的开发过程中，往往需要使用水力压裂施工，即经采油采气井或注入井向地层中注入高压水、在油藏或煤层中制造人工裂缝以提高其渗透性，从而提高注入速度和采出速度，水力压裂施工是低渗透率油藏和煤层气开发的主要手段。

水力压裂裂缝的形态对于合理安排井位以及选择压裂施工时的施工规模、加砂浓度和用砂量、一次施工的井段数量、最佳射孔方式和其它压裂作业参数等，对评估现场施工质量，具有十分重要的指导意义。随着水力压裂技术的发展和应用，迫切需要测量和评估地下水力裂缝的方法及装置。

如何评价压裂工艺和裂缝形态，就成为一个亟需解决的工程问题。使用示踪技术是解决这一工程难题的有效方法。将标记后的示踪砂在压裂过程中注入地层，然后获取示踪砂所释放的信息，可以得到裂缝的形态。文献先后报道了使用化学物质作为示踪砂的方法，使用中子俘获界面大的物质进行示踪的方法，也有使用放射性标记支撑剂的方法。

当使用示踪方法进行裂缝评价的时候，需要将示踪砂混合在压裂支撑砂中共同泵入地层。在以往的压裂示踪实验过程中，有将示踪砂手工一次性直接投入到支撑砂中的方法，显然，该种方法在投放之后，示踪砂的注入过程变得不可控，如果混合了示踪砂的支撑剂没有全部注入地层，剩余部分就会因混合了放射性示踪砂而污染环境，同时使得放射性废物处理费用的大量增加；在投放过程中，也对操作人员危害较大；由于压裂施工过程中，通常不允许人员接近水力压裂系统，因此该种方法无法解决分别注入多种示踪砂的问题。

另外，也有将示踪砂混合在增稠剂中泵送到示踪系统中的，该装置首先将示踪砂与粘稠液体混合，然后在压裂施工过程中，将混合了示踪砂的粘稠液体泵送到水力压裂系统低压端。该装置解决了多种示踪砂注入的问题，但是，在注入时，粘稠液体中示踪砂的沉降使得示踪砂注入不够均匀；示踪砂与粘稠液体的混合也需要大量时间，致使操作人员接受大量辐射剂量；粘稠液体中的示踪砂粘附在容器和管道中，污染环境。

有鉴于此，目前正持续寻找一种示踪砂的注入装置，并且该装置须满足下列要求：可以方便的连接到水力压裂系统上，具有良好的兼容性；一次施工中实现多种示踪砂的有序输送；示踪砂输送速度和量的可控；示踪砂泵送完全，避免污染现场，特别是使用放射性示踪砂的时候；安全可靠。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供了一种结构简单、安全可靠的示踪砂注入装置。

按此目的设计的一种放射性示踪砂注入装置，该装置包括:水力压裂系统低压端适配器、阀门、泵、至少一组砂液混配系统、以及装有粘稠液体的储液罐；每组砂液混配系统均包括：滑动平台、示踪砂吸取针部件、密封部件、管状容器、铅屏蔽体和电磁阀，所述管状容器内部装有示踪砂，所述管状容器上部侧面开有一侧孔，侧孔通过管线连接到所述电磁阀的一端，所述电磁阀的另一端连接到所述储液罐，该管状容器装在所述铅屏蔽体中，所述管状容器顶部通过螺纹连接所述密封部件，该密封部件上端开一端孔，端孔内至少有一道O形密封圈，示踪砂吸取针部件能够在端孔内上下移动、同时保持滑动密封，示踪砂吸取针部件的运动由滑动平台驱动；该装置通过水力压裂系统低压端适配器与水力压裂系统相连，通过阀门控制所述砂液混配系统与水力压裂系统的联通；连接所述砂液混配系统的泵驱动粘稠液体携带示踪砂到水力压裂系统。该装置使用多芯电缆远程控制。

    所述砂液混配系统进一步优选为至少两组，每组砂液混配系统间通过管线并联连接。

 所述粘稠液体为增稠剂水溶液，优选为质量比为0.1-10%的瓜尔豆胶溶液。储液罐的容积为1L以上，优选1-20000L,进一步优选为20L。    

所述泵能够提供大于0.5MPa的出口压力。该泵可以安装在该装置的砂液混配系统之前或者之后。优先的安装位置为：阀门通过管线连接到泵的一端，泵的另一端连接到每组砂液混配系统的示踪砂吸取针部件。所述泵可以是柱塞泵、齿轮泵、隔膜泵、离心泵、蠕动泵等泵型，可以根据泵安装的位置选择合适的泵型。

所述阀门为手动阀门。

综上所述，本实用新型具有以下优点：可以方便的连接到水力压裂系统上，具有良好的兼容性；一次施工中实现多种示踪砂的有序输送；示踪砂输送速度和量的可控；示踪砂泵送完全，避免污染现场，特别是在使用放射性示踪砂的时候；安全可靠。

本实用新型的上述特征以及优点将从考量以下详细的说明以及附图会变得更加明显。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的示踪砂注入装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例2的示踪砂注入装置的结构示意图。

图3是本实用新型实施例3的示踪砂注入装置的结构示意图。

图中：1为水力压裂系统低压端适配器，2为阀门，3为泵，4、4^′、4^″为滑动平台，5、5^′、5^″为示踪砂吸取针部件，6、6^′、6^″为密封部件，7、7^′、7^″为管状容器，8、8^′、8^″为铅屏蔽体，12、12^′、12^″为电磁阀，10为储液罐。

具体实施方式

下面参照附图说明本实用新型的各实施例，各实施例中相同的元件用相同的附图标记表示。

实施例1：

图1是本实用新型实施例1的示踪砂注入装置的结构示意图，实施例1中拟注入一种示踪砂。如图1所示，该放射性示踪砂注入装置包括：水力压裂系统低压端适配器1、阀门2、泵3、砂液混配系统、以及装有粘稠液体11的储液罐10。该砂液混配系统包括：滑动平台4、示踪砂吸取针部件5、密封部件6、管状容器7、铅屏蔽体8和电磁阀12。

该装置通过水力压裂系统低压端适配器1与水力压裂系统相连，通过阀门2控制砂液混配系统与水力压裂系统的联通。阀门2通过管线连接到示踪砂吸取针部件5，泵3安装在阀门2和示踪砂吸取针部件5之间的管线上，该泵3能够提供大于0.5MPa的出口压力，满足泵送的要求。

砂液混配系统的管状容器7内部装有踪砂颗粒9，通过电磁阀12实现控制某个时刻注入示踪砂9。该管状容器7上部侧面开有一侧孔，通过一段管线连接到一个装有粘稠液体11的储液罐10，该段管线上设置有所述电磁阀12。该管状容器7装在一个铅屏蔽体8中，使用铅屏蔽体8实现辐射防护。该管状容器7顶部通过螺纹连接一个密封部件6，该密封部件6上端开一端孔，端孔内至少有一道O形密封圈，端孔的孔径略大于示踪砂吸取针部件5的外径，使得示踪砂吸取针部件5能够在端孔内上下移动、同时保持滑动密封，该滑动密封能在压差1MPa下，持续10小时保持密封良好。示踪砂吸取针部件5的运动由滑动平台4驱动。示踪砂吸取针部件5的顶部为与泵3相连的软管。粘稠液体11为质量比3%的瓜尔豆胶溶液，储液罐10的容积为20L。整个系统使用多芯电缆远程控制。

工作的时候，将装置通过水力压裂系统低压端适配器1与压裂车低压端相连、打开阀门2、装载并向管状容器7注入示踪砂9,然后开动泵3，以10L/H的速度泵送粘稠液体11，启动滑动平台4，以一定速度推动示踪砂吸取针部件5向下运动，粘稠液体11流经管状容器7，将示踪砂9携带到水力压裂系统低压端中。滑动平台4的速度由示踪砂拟注入时间长度确定。最后用粘稠液体冲洗整个管线，实现示踪砂9的完全注入，因此该方法为零污染注入方法。同时也减小的操作人员与示踪砂的接触时间。

实施例2：

图2是本实用新型实施例2的示踪砂注入装置的结构示意图，实施例2中拟注入三种示踪砂。该装置与实施例1所述的示踪砂注入装置组成相同，区别在于有3套结构和功能相同的并联设置的砂液混配系统。每套砂液混配系统的管状容器内部装有不同的示踪砂，他们通过电磁阀12、12^′、12^″控制任意一套砂液混配系统的联通，实现控制某个时刻注入何种示踪砂。

工作的时候，将装置通过适配器1与压裂车低压端相连，打开阀门2，装载完三种示踪砂9、9^′、9^″，然后先注入示踪砂9，可以先打开电磁阀12，其余电磁阀关闭。然后开动泵3，以10L/H的速度泵送粘稠液体11，启动滑动平台4，以一定速度推动示踪砂吸取针部件5向下运动，粘稠液体11流经管状容器7，将示踪砂9携带到水力压裂系统低压端中。滑台的速度由示踪砂拟注入时间长度确定。当第一种示踪砂9注入完成后，以类似的方法注入另外两种示踪砂9^′和9^″。最后用粘稠液体冲洗整个管线，实现示踪砂的完全注入，因此该方法为零污染注入方法。同时也减小的操作人员与示踪砂的接触时间。

实施例3：

图3是本实用新型实施例3的示踪砂注入装置的结构示意图。其组成结构和工作原理与实施例1所示的示踪砂注入装置相同，区别仅在于泵3位于砂液混配系统之后。

Claims (9)

1.一种放射性示踪砂注入装置，该装置包括：水力压裂系统低压端适配器(1)、阀门(2)、泵(3)、至少一组砂液混配系统、以及装有粘稠液体(11)的储液罐(10)；每组砂液混配系统均包括：滑动平台(4)、示踪砂吸取针部件(5)、密封部件(6)、管状容器(7)、铅屏蔽体(8)和电磁阀(12)，所述管状容器(7)内部装有示踪砂(9)，所述管状容器(7)上部侧面开有一侧孔，侧孔通过管线连接到所述电磁阀(12)的一端，所述电磁阀(12)的另一端连接到所述储液罐(10)，该管状容器(7)装在所述铅屏蔽体(8)中，所述管状容器(7)顶部通过螺纹连接所述密封部件(6)，该密封部件(6)上端开一端孔，端孔内至少有一道O形密封圈，示踪砂吸取针部件(5)能够在端孔内上下移动、同时保持滑动密封，示踪砂吸取针部件(5)的运动由滑动平台(4)驱动；该装置通过水力压裂系统低压端适配器(1)与水力压裂系统相连，通过阀门(2)控制所述砂液混配系统与水力压裂系统的联通；连接所述砂液混配系统的泵(3)驱动所述粘稠液体(11)携带示踪砂(9)到水力压裂系统。

2.如权利要求1所述的装置，其中砂液混配系统为至少两组，每组砂液混配系统间通过管线并联连接。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中该装置通过水力压裂系统低压端适配器(1)连接到水力压裂系统的管汇、压裂砂混料车或压裂车低压端。

4.如权利要求1或2所述的装置，其中粘稠液体(11)为增稠剂水溶液。

5.如权利要求1或2所述的装置，其中该装置使用多芯电缆远程控制。

6.如权利要求1或2所述的装置，其中所述泵(3)安装在所述砂液混配系统之前或之后。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述泵(3)提供大于0.5MPa的出口压力，所述泵为：柱塞泵、齿轮泵、隔膜泵、离心泵或蠕动泵。 

8.如权利要求1或2所述的装置，其中所述阀门(2)为手动阀门。

9.如权利要求1或2所述的装置，其中所述储液罐(10)的容积为1L以上。 

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