CN203362148U - 实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统，包括外部控制单元、内部受控单元、外部压裂泵车机组、混砂车和储液罐；所述混砂车内盛装有压裂用的混砂液，所述储液罐中盛装有压裂用的基液，所述外部控制单元通过内部受控单元实现混砂车内的混砂液和储液罐中的基液间隔交替泵入所述的外部压裂泵车机组，最终外部压裂泵车机组实现向地下开采裂缝中间隔交替泵入混砂液和基液。该系统通过此系统的控制实现对加有纤维的支撑剂段塞的脉冲式注入，大大提高了支撑裂缝的导流能力，并且不会造成由于混砂车的不断开启以及关闭引起的滞后效应、减小对所述混砂车本身的伤害，同时该系统还有效避免了支撑剂注入时的憋压。

Description

实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统

技术领域

本实用新型涉及一种实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统，属于油气田开发研究的技术领域。

背景技术

常规水力压裂过程中，施工过程基本上都是将前置液注入结束之后用混砂车将支撑剂按照预先设置好的砂比连续注入地层之中，对压裂裂缝进行填充，这样相比于原始油气藏其导流能力确实提高很多。但是，由于压裂液对裂缝导流能力的伤害、支撑剂的破碎、裂缝壁面承压后掉的碎屑堵塞孔隙以及支撑剂的嵌入等因素的影响，会使得压裂裂缝导流能力大大降低，压后实际导流能力远远低于实验数值，从而不能最大限度的开发储层产量。

目前，有一种新型压裂技术，不是依靠支撑剂的填充层来提高裂缝导流能力，而是靠支撑剂之间的通道让油气通过，这些开放的流动通道显著的增加了导流能力，减少裂缝内的压力降，有助于提高排液能力，增加了有效裂缝半长，从而提高产量。但是这种技术，需要将加有纤维的支撑剂段塞脉冲式的注入到地层裂缝当中，从而在地层之中形成“支柱”，来提高支撑裂缝的导流能力。

混砂车在整个加砂压裂施工中起着举足轻重的作用。混砂车在液罐和压裂泵之间起一个枢纽的作用，上水管汇及配套设备能实现基液的吸入，绞笼及配套设备实现陶粒的采集，同时按照施工设计设定胶联浓度，通过胶联泵及附属设备实现胶联剂的吸入，混砂车上的混合筒对配好的压裂基液进行添加剂、胶联剂和陶粒的混合搅拌，输出的冻胶在管线中的磨阻相对低，并增加了携砂性能，向压裂泵供液。目前混砂车在支撑剂注入时基本都选择的是连续注入，不能实现支撑剂的段塞式注入，若要实现这一功能则需要间歇式的开关机器，这样则会由于机器的重复启动而产生的滞后效应并且会对对机器本身造成损害；而且混砂车正常运转，将注入阀间歇性的开启，但是这样又会造成混砂车内间歇性憋压，对机器造成伤害，增加了设备机器的维护、维修成本。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型公开一种实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统，该系统对混砂车、储液罐以及外部压裂泵车机组等其它压裂设备无缝嵌入式连接，通过此系统的控制实现对加有纤维的支撑剂段塞的脉冲式注入，大大提高了支撑裂缝的导流能力，并且不会造成由于混砂车的不断开启以及关闭引起的滞后效应、减小对所述混砂车本身的伤害，同时该系统还有效避免了支撑剂注入时的憋压。

本实用新型的技术方案如下：

一种实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统，包括外部控制单元、内部受控单元、外部压裂泵车机组、混砂车和储液罐；所述混砂车内盛装有压裂用的混砂液，所述储液罐中盛装有压裂用的基液，所述外部控制单元通过内部受控单元实现混砂车内的混砂液和储液罐中的基液间隔交替泵入所述的外部压裂泵车机组，最终外部压裂泵车机组实现向地下开采裂缝中间隔交替泵入混砂液和基液。

根据本实用新型优选的，所述的外部控制单元包括控制面板，在所述控制面板上安装的显示器、1号电磁流量计控制按钮、2号电磁流量计控制按钮、1号三通电动球阀控制按钮、2号三通电动球阀控制按钮、自动手动切换按钮和开启按钮；

所述的内部受控单元包括PLC控制器、继电器、1号三通电动球阀、1号电磁流量计、2号电磁流量计、2号三通电动球阀和电动泵；所述1号电磁流量计、2号电磁流量计用来采集上下两个支路中流体流过的流量并将流量信息转化成电信号传送给PLC控制器，一般情况下压裂用压裂液基液的电导率都远远大于5μs/cm，所以选用电磁流量计来进行测量，同时电磁流量计的测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，适用于不同砂比情况下的精确测量并且电磁流量计的测量管无阻碍，无活动部件，压耗很小；

所述自动手动切换按钮与所述PLC控制器电连接；

所述1号电磁流量计控制按钮和2号电磁流量计控制按钮通过PLC控制器分别与1号电磁流量计和2号电磁流量计电连接；所述1号电磁流量计用于计量混砂车的输料流量；所述2号电磁流量计用于计量储液罐的输料流量；压裂初始时，通过所述1号电磁流量计控制按钮和2号电磁流量计控制按钮，分别设定好1号和2号电磁流量计的上限值，并且选取自动模式进行工作，当流量超过上限时，系统发出警报，并且根据流量数据反馈给PLC控制器，PLC控制器通过向1号电动三通球阀和2号电动三通球阀发出指令，将阀门调小至适当值，如在5s内，系统还未解除警报，系统将自动切换至手动模式，人为强行调节流量以保护装置，解除警报之后，再按一次自动手动切换按钮将其切换至自动模式继续工作。

所述1号三通电动球阀控制按钮分别通过PLC控制器和继电器与所述1号三通电动球阀电连接，所述1号三通电动球阀串联在所述混砂车的输料回路中；当1号三通电动球阀开启时，所述混砂车内的混砂液沿1号电磁流量计流入所述的外部压裂泵车机组，最终通过外部压裂泵车机组泵入所述的压裂缝中；当1号三通电动球阀关闭时，所述混砂车内的混砂液沿混砂车的输料回路回流至混砂车；

所述2号三通电动球阀控制按钮分别通过PLC控制器和继电器与所述2号三通电动球阀电连接；所述2号三通电动球阀串联在所述储液罐的输料回路中：当2号三通电动球阀开启时，所述储液罐内的基液沿2号电磁流量计流入所述的外部压裂泵车机组，最终通过外部压裂泵车机组泵入所述的压裂缝中；当2号三通电动球阀关闭时，所述储液罐内的基液沿储液罐的输料回路回流至储液罐；

根据操作人员选取手动或自动模式的不同，所述1号三通电动球阀控制按钮和2号三通电动球阀控制按钮的作用不同：当操作人员通过自动手动切换按钮选定自动模式时，所述1号三通电动球阀控制按钮和2号三通电动球阀控制按钮用于向PLC控制器设定控制指令，分别控制1号三通电动球阀和2号三通电动球阀的开启大小或关闭时间；当操作人员通过自动手动切换按钮选定手动模式时，所述1号三通电动球阀控制按钮和2号三通电动球阀控制按钮分别用于控制1号三通电动球阀和2号三通电动球阀的开启或关闭；

所述开启按钮用于控制整个系统的开启或关闭。

根据本实用新型优选的，所述1号三通电动球阀和2号三通电动球阀的开启或关闭状态完全相反：当1号三通电动球阀开启时，所述2号三通电动球阀关闭；当1号三通电动球阀关闭时，所述2号三通电动球阀开启。

本实用新型的特点及优势：

1.本实用新型将现有混砂车、储液罐车以及外部压裂泵组实现无缝嵌入的连接；本实用新型的控制面板上的显示器实时显示系统内部的各个流量，加砂速度，加砂量，以及各部分的压力变化，从而实现实时调控；本实用新型系统中的电磁流量计的测量精度高，适用于不同砂比情况下的精确测量并且电磁流量计的测量管无阻碍，无活动部件，压耗很小；

2.本实用新型通过调节两个支路上的三通电动球阀的开启方向，可以实现混砂液和基液的交替注入，同时可以控制，一路在注入的同时，另一路自行循环，避免了机器重复开关对机器本身的损坏以及滞后效应，也避免了单一支路憋压存在的可能性；本实用新型通过改变三通电动球阀的开启方向从而实现流体的截止和流动，球阀的通径较大，对固体颗粒的流动阻力较小，同时选用硬密封球阀能够有效避免支撑剂砂粒的嵌入，球芯与硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗料等介质，从而能够有效的进行密封截止；

3本实用新型采用了PLC控制器和继电器实现了低电压控制高电压，低电流控制高电流，保证了各系统部件的电压电流的需求，同时使得测量以及控制系统更加可靠，提高了各部件的相对寿命；

4.本实用新型能够实现对加有纤维的段塞式支撑剂实现脉冲加砂注入，该系统作为一个中间控制系统连接在混砂车、储液罐车和泵车之间，通过控制混砂液和基液的流动和截止实现混砂液和基液的脉冲注入；

5.本实用新型系统对支撑剂脉冲式的注入，实现地层裂缝中出现一个个的“支撑剂支柱”，各“支撑剂支柱”之间的空隙通道可以使得油气流通过程中的阻力大大降低，从而使得地层裂缝的导流能力比常规压裂裂缝导流能力高出几个数量级，为更加有效的开采油气储层提供更加可靠地技术支撑。

6.本实用新型采用了PLC控制器，PLC（可编程控制器）抗干扰能力强、可靠性能好，在工业上更好的取代单片机起到信息的处理和控制作用。PLC控制器可以进行编程控制，实现上支路和下支路上三通电动球阀的交替开启关闭，从而实现了混砂液和基液的交替脉冲注入，通过对PLC控制程序的设计可以实现不同脉冲间隔的调整和设置。

7.本实用新型通过三通电动球阀1和2的开启方向实现，目的是为了保证在整个施工过程中混砂车和泵的持续工作，从而避免了因为机器的重复启动而产生的滞后效应和机器重复启动对机器本身造成的损害。

附图说明

图1即为本实用新型所述系统的结构示意图：

在图1中：1、控制面板，2、显示器，3、1号电磁流量计控制按钮，4、2号电磁流量计控制按钮，5、1号三通电动球阀控制按钮，6、2号三通电动球阀控制按钮，7、混砂车，8、电动泵，9、储液罐，10、自动手动切换按钮，11、PLC控制器，12、继电器，13、开启按钮，14、1号三通电动球阀，15、1号电磁流量计，16、2号电磁流量计，17、2号三通电动球阀，18、外部压裂泵车机组，19、内部受控单元，20、外部控制单元。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本实用新型做详细的说明，但不限于此。

实施例1、

一种实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统，包括外部控制单元20、内部受控单元19、外部压裂泵车机组18、混砂车7和储液罐9；所述混砂车7内盛装有压裂用的混砂液，所述储液罐9中盛装有压裂用的基液，所述外部控制单元20通过内部受控单元19实现混砂车7内的混砂液和储液罐9中的基液间隔交替泵入所述的外部压裂泵车机组18，最终外部压裂泵车机组18实现向地下开采裂缝中间隔交替泵入混砂液和基液。

所述混砂液中砂比为50%。

所述的外部控制单元20包括控制面板1，在所述控制面板上安装的显示器2、1号电磁流量计控制按钮3、2号电磁流量计控制按钮4、1号三通电动球阀控制按钮5、2号三通电动球阀控制按钮6、自动手动切换按钮10和开启按钮13；

所述的内部受控单元19包括PLC控制器11、继电器12、1号三通电动球阀14、1号电磁流量计15、2号电磁流量计16、2号三通电动球阀17和电动泵8；所述自动手动切换按钮10与所述PLC控制器11电连接；所述1号电磁流量计控制按钮3和2号电磁流量计控制按钮4通过PLC控制器11分别与1号电磁流量计15和2号电磁流量计16电连接；所述1号电磁流量计15用于计量混砂车7的输料流量；所述2号电磁流量计16用于计量储液罐9的输料流量；

所述1号三通电动球阀控制按钮5分别通过PLC控制器11和继电器12与所述1号三通电动球阀14电连接，所述1号三通电动球阀14串联在所述混砂车7的输料回路中；当1号三通电动球阀14开启时，所述混砂车7内的混砂液沿1号电磁流量计15流入所述的外部压裂泵车机组18，最终通过外部压裂泵车机组18泵入所述的压裂缝中；当1号三通电动球阀14关闭时，所述混砂车7内的混砂液沿混砂车7的输料回路回流至混砂车；

所述2号三通电动球阀控制按钮6分别通过PLC控制器11和继电器12与所述2号三通电动球阀17电连接；所述2号三通电动球阀17串联在所述储液罐9的输料回路中：当2号三通电动球阀17开启时，所述储液罐9内的基液沿2号电磁流量计16流入所述的外部压裂泵车机组18，最终通过外部压裂泵车机组18泵入所述的压裂缝中；当2号三通电动球阀17关闭时，所述储液罐9内的基液沿储液罐的输料回路回流至储液罐；

所述开启按钮13用于控制整个系统的开启或关闭。

实施例2、

一种如实施例1所述一种实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统，其区别在于，所述1号三通电动球阀14和2号三通电动球阀17的开启或关闭状态完全相反：当1号三通电动球阀14开启时，所述2号三通电动球阀17关闭；当1号三通电动球阀14关闭时，所述2号三通电动球阀17开启。所述的三通电动球阀的选型参数如下：以AC220V作为动力，三通电动球阀的公称直径：101.6mm，公称压力：4MPa，介质温度：20-40℃，阀体密封方式为硬密封，其中阀体材料选用WCB，球体材料选用2Cr13（氮化处理），阀座密封圈材料选用增强聚氯乙烯（PPL），适用温度为-30—250℃，控制方式为电动开关型，并且三通电动球阀为L型。

一种如实施例1、2所述压裂脉冲加砂系统的工作方法，包括步骤如下：

（1）按下开启按钮13，启动压裂脉冲加砂系统；

（2）压裂初始时，通过所述1号电磁流量计控制按钮3和2号电磁流量计控制按钮4，分别设定好1号和2号电磁流量计的上限值，并且选取自动模式进行工作，当流量超过上限时，系统发出警报，并且根据流量数据反馈给PLC控制器11，PLC控制器11通过向1号电动三通球阀14和2号电动三通球阀17发出指令，将阀门调小至适当值，如系统还未解除警报，系统将自动切换至手动模式，人为强行通过所述1号三通电动球阀控制按钮5和2号三通电动球阀控制按钮6用于向PLC控制器11设定控制指令，分别控制1号三通电动球阀14和2号三通电动球阀17的开启大小或关闭时间，调节流量以保护整个系统，整个系统在解除警报之后，再按一次自动手动切换按钮10将其切换至自动模式继续工作；所述控制按钮实现对PLC控制器内置参数的设置和调整，从而避免了不同施工参数下对PLC控制器的重复编程，降低了使用门槛，增强了人机交互性；本系统进行手动控制和自动控制的切换，从而保证了在前置液注入阶段的手动控制，以及复杂情况下的停机手控，从而保证了系统的容错率，为在复杂环境中的工程应用提供了保障；本系统控制面板上的显示器实时显示系统内部的各个流量，加砂速度，加砂量，以及各部分的压力变化，从而实现实时调控；

（3）当1号三通电动球阀14开启时，所述混砂车7内的混砂液沿1号电磁流量计15流入所述的外部压裂泵车机组18，最终通过外部压裂泵车机组18泵入所述的压裂缝中；当1号三通电动球阀14关闭时，所述混砂车7内的混砂液沿混砂车的输料回路回流至混砂车7；

当2号三通电动球阀17开启时，所述储液罐9内的基液沿2号电磁流量计16流入所述的外部压裂泵车机组18，最终通过外部压裂泵车机组18泵入所述的压裂缝中；当2号三通电动球阀17关闭时，所述储液罐9内的基液沿储液罐的输料回路回流至储液罐9；

外部压裂泵车机组18实现向地下开采裂缝中间隔交替泵入混砂液和基液，所述1号三通电动球阀14和2号三通电动球阀17的开启或关闭状态完全相反：当1号三通电动球阀14开启时，所述2号三通电动球阀17关闭；当1号三通电动球阀14关闭时，所述2号三通电动球阀17开启，如此循环往复就实现了基液和混砂液向压裂缝中脉冲注入；

（4）操作完毕，再次按下开启按钮13关闭压裂脉冲加砂系统。

本实施例所述混砂车的型号为HSC210，最高工作压力0.5MPa。根据混砂液的砂比大小调节混砂车向外部压裂泵车机组的泵入压力；对于基液的注入，动力来自于电动泵，其注入压力、排量满足对外部压裂泵车正常供液即可。混砂液和基液的交替注入时间主要是根据压裂工艺参数设计而定的，根据各压裂井设计的不同，各压裂段的混砂液和基液的注入交替时间是变化的；其流量主要是由外部压裂泵车机组的排量决定的，当排量小于外部压裂泵车机组的排量时，达不到压裂设计的需要，达不到预想的压裂目标；当排量大于外部压裂泵车机组的排量时，又会造成系统内憋压，对机器自身机器损坏严重。

Claims (3)

1.一种实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统，其特征在于，该系统包括外部控制单元、内部受控单元、外部压裂泵车机组、混砂车和储液罐；所述混砂车内盛装有压裂用的混砂液，所述储液罐中盛装有压裂用的基液，所述外部控制单元通过内部受控单元实现混砂车内的混砂液和储液罐中的基液间隔交替泵入所述的外部压裂泵车机组，最终外部压裂泵车机组实现向地下开采裂缝中间隔交替泵入混砂液和基液。 

2.根据权利要求1所述的一种实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统，其特征在于，所述的外部控制单元包括控制面板，在所述控制面板上安装的显示器、1号电磁流量计控制按钮、2号电磁流量计控制按钮、1号三通电动球阀控制按钮、2号三通电动球阀控制按钮、自动手动切换按钮和开启按钮； 

所述的内部受控单元包括PLC控制器、继电器、1号三通电动球阀、1号电磁流量计、2号电磁流量计、2号三通电动球阀和电动泵； 

所述自动手动切换按钮与所述PLC控制器电连接； 

所述1号电磁流量计控制按钮和2号电磁流量计控制按钮通过PLC控制器分别与1号电磁流量计和2号电磁流量计电连接；所述1号电磁流量计用于计量混砂车的输料流量；所述2号电磁流量计用于计量储液罐的输料流量； 

所述1号三通电动球阀控制按钮分别通过PLC控制器和继电器与所述1号三通电动球阀电连接，所述1号三通电动球阀串联在所述混砂车的输料回路中；当1号三通电动球阀开启时，所述混砂车内的混砂液沿1号电磁流量计流入所述的外部压裂泵车机组，最终通过外部压裂泵车机组泵入所述的地下开采裂缝中；当1号三通电动球阀关闭时，所述混砂车内的混砂液沿混砂车的输料回路回流至混砂车； 

所述2号三通电动球阀控制按钮分别通过PLC控制器和继电器与所述2号三通电动球阀电连接；所述2号三通电动球阀串联在所述储液罐的输料回路中：当2号三通电动球阀开启时，所述储液罐内的基液沿2号电磁流量计流入所述的外部压裂泵车机组，最终通过外部压裂泵车机组泵入所述的地下开采裂缝中；当2号三通电动球阀关闭时，所述储液罐内的基液沿储液罐的输料回路回流至储液罐； 

所述开启按钮用于控制整个系统的开启或关闭。 

3.根据权利要求2所述的一种实现超高导流能力的压裂脉冲加砂系统，其特征在于，所述1号三通电动球阀和2号三通电动球阀的开启或关闭状态完全相反：当1号三 通电动球阀开启时，所述2号三通电动球阀关闭；当1号三通电动球阀关闭时，所述2号三通电动球阀开启。 

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