CN204891787U - 水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，所述水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统包括依次通过管道连通的供水单元、配液单元、液体化学添加剂添加单元和缓冲罐，动力驱动系统和控制系统，电信号和数据信号，在所述配液单元和所述液体化学添加剂添加单元之间的连接管道上设置有流量计，且整个系统采用整体橇装式设计,方便运输，自带柴油机组，无需外接动力，能够很好的满足大型野外压裂作业压裂液现场无电网供电的压裂液配液的技术需求,并且可根据现场需求自动完成配液并及时输送满足压裂工艺要求的压裂液且基本无残液。

Description

水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统

技术领域

本实用新型涉及石油开采技术领域，具体涉及一种水力压裂用压裂液大流量连续配液系统。

背景技术

水力压裂是现阶段国内外油气田增产过程中广泛应用的一种增产技术方法。通过压裂能够形成长度合宜、导流能力强的裂缝，进而沟通与连接油气的储油空间以及渗流通道，从而实现油气田的顺利投产以及稳产高产。

目前压裂液配液采用生产方式主要有三种，即传统方式、现场配液方式、自动化配液方式：

(1)传统方式：在配液站中完成压裂液的配制之后，由运输罐车将压裂液运至作业现场，该方式运输成本极高，仅适用于近井压裂配液。

(2)现场配液方式：即依靠压裂作业现场的一些简单设备和操作人员进行单罐配液，这种配液方式具有人工劳动强度大、配液时间长的缺点，该配液方式的作业环境较差，批混批用的作业流程也容易导致压裂液的腐败变质和浪费。

(3)自动化配液：近年来，哈里伯顿(Halliburton)公司和斯伦贝谢(Schlumberger)公司分别研制出了不同类型的压裂液连续混配装置，但是它们仅适于以浓缩液为基础的压裂液混配方式，不适合中国地区的推广应用。鉴于此，四机赛瓦公司研制出了一种能够实现水粉混合的连续混配装置，但是该单元对稠化剂瓜尔胶粉料有特殊要求；此外，该装置还不能实现氯化钾及其他各种添加剂的同车添加，且单批次配液量较小，不能满足大规模压裂作业要求。

此外，当前普遍采用的离心泵——射流泵的连续混配方式直接将瓜尔胶粉抽入到水中混合，很难实现对瓜尔胶的稳定输送和与其它物料的有效混合，该方法易于出现水包粉的现象，影响压裂效果。

基于以上现状，需要研究开发一种能够真正意义上满足油田大规模压裂施工作业需求的大排量压裂液连续配液系统。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种实现压裂液的连续完全配制和对瓜尔胶进行稳定均匀的输送和添加，自动控制系统的实现可根据施工设计要求实时在线调整物料配比及流量，避免压裂液及化学添加剂的浪费，具有物料混合稳定、人工劳动强度低、配液质量高的特点，降低了压裂作业成本水力压裂用压裂液大流量连续配液系统。

为此，本实用新型技术方案如下：

一种水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，包括依次通过管道连通的供水单元、配液单元、液体化学添加剂添加单元和缓冲罐，动力驱动系统和控制系统，电信号和数据信号，在所述配液单元和所述液体化学添加剂添加单元之间的连接管道上设置有流量计，所述配液单元包括多个物料输送计量装置、在线粘度计、与所述物料输送计量装置出料口通过连接管道连通的高剪切均质泵和设置在所述物料输送计量装置出料口处的电子计量阀；所述液体化学添加剂添加单元包括多个稳定剂输送计量装置、与所述稳定剂输送计量装置出料口通过连接管道连通的离心泵和设置在所述稳定剂输送计量装置出料口处的电子计量阀；所述高剪切均质泵、所述在线粘度计、所述流量计、所述离心泵和所述缓冲罐通过连接管道依次连通；所述动力驱动系统和控制系统是基于PLC的实时在线控制系统；所述电信号是通过动力电缆进行传输，所述数据信号是通过连接的通讯控制电缆进行传输。

进一步地，所述配液单元包括氯化钾溶液输送计量装置、瓜尔胶粉料流化计量装置、高剪切均质泵和在线粘度计，所述氯化钾溶液输送计量装置包括氯化钾溶液进料装置，所述瓜尔胶粉料流化计量装置包括瓜尔胶粉料进料装置和与通过连接管道与所述瓜尔胶粉料进料装置连接的流化罐，所述供水单元、氯化钾溶液进料装置和流化罐均与所述高剪切均质泵入料口通过连接管道连通且在所述氯化钾溶液进料装置与所述高剪切均质泵之间的连接管道上、所述流化罐与所述高剪切均质泵之间的连接管道上分别设置有第一电子计量阀和第二电子计量阀。

所述高剪切均质泵能够使水、氯化钾溶液、瓜尔胶粉充分混合并粉碎细化，使细化度达到0.5μm，形成压裂液基液。

进一步地，所述流化罐罐体的顶部沿圆周方向设置有多个进料口，在所述流化罐的底部设置有压缩空气进气管，在所述流化罐罐体内设置有流态化床，在所述流态化床的上方设置有一出料口，所述出料口通过连接管道与所述高剪切均质泵入料口连通。

具体地，所述硫化罐所需要的压缩空气通过连接管道送入密封罐体下部的气室，使气室液态化床上的瓜尔胶粉粒体悬浮成流态状，当罐内压力达到额定值时，打开卸料阀，流动化的瓜尔胶粉粒体物料通过管道而进行均匀的吹送供给高剪切均质泵；所述硫化罐所需的压缩空气通过所述动力驱动系统提供动力的小型空气压缩机提供。

瓜尔胶粉在所述流化罐的流化处理后，整体悬浮成流态状，有利于后续在高剪切均质泵的作用下的与氯化钾溶液、水的充分混合，可以保证连续配制的压裂液无“水包粉”现象，溶液粘度上升快、混配均匀，压裂液质量高

进一步地，所述液体化学添加剂添加单元包括粘土稳定剂输送计量装置、离心泵和稳定剂输送计量装置，所述粘土稳定剂输送计量装置包括粘土稳定剂进料装置，所述稳定剂输送计量装置包括稳定剂进料装置，所述高剪切均质泵的出料口、粘土稳定剂进料装置和所述稳定剂输送计量装置均与所述离心泵入料口通过连接管道连通且所述粘土稳定剂进料装置与所述离心泵之间的连接管道上、所述稳定剂进料装置与所述离心泵之间的连接管道上分别设置有第三电子计量阀和第四电子计量阀。

进一步地，所述供水单元包括水泵和流量控制计量装置，所述流量控制计量装置安装在所述水泵与所述高剪切均质泵之间的连接管道上。

进一步地，所述供水单元、所述氯化钾溶液输送计量装置、所述瓜尔胶粉料流化计量装置、所述在线粘度计、所述粘土稳定剂输送计量装置和所述剂输送计量装置均通过电信号和数据信号与动力驱动系统和控制系统连接，所述流量计通过数据信号与控制系统连接，所述离心泵通过电信号和数据信号与动力驱动系统和控制系统连接；

进一步地，所述动力驱动系统包括自带柴油发电机组和由柴油发电机提供动力的小型空气压缩机。所述小型空气压缩机用于提供硫化罐所需要的压缩空气。

该水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统优选为整体橇装式设计，其内设的自带柴油发电机组，无需外接动力，适用于野外压裂作业现场使用。

该水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统的混配方法，包括以下步骤：

S1、将所需要的压裂液的配方输入动力及控制系统中，控制系统控制压裂液连续配液系统启动，供水流量通过供水单元连接管道上的流量控制计量装置自动供水，配液单元中的氯化钾溶液输送计量装置和瓜尔胶粉流量控制装置根据收到的信号分别向高剪切均质泵中输送氯化钾溶液和瓜尔胶粉，并通过高剪切均质泵将水、氯化钾溶液和瓜尔胶粉混合，形成基液；

S2、由步骤S1得到的基液流经所述在线粘度计检测，并将粘度结果通过控制线路反馈给控制系统，控制系统通过计算后调节瓜尔胶粉料流化计量装置的第二电子计量阀的流量，调节瓜尔胶的添加比例，若已经达到所需粘度指标，则继续保持现有瓜尔胶粉的添加比例；若低于所需粘度指标，则根据比例加大瓜尔胶粉的添加比例；若超过所需粘度指标，则根据比例减小瓜尔胶粉的添加比例，使基液保持在设定好的工艺要求的粘度范围内；

S3、当基液流出配液单元进入液体化学添加剂添加单元之前，流经流量计检测，流量计将检测到的流量通过控制线路反馈给控制系统，控制系统通过清水单元的流量控制计量装置以及配液单元的第一电子计量阀和第二电子计量阀调节送料量：若达到所需流量指标，则继续保持现有的水、氯化钾溶液和瓜尔胶的添加量；若低于所需流量指标，则根据比例增加水、氯化钾溶液和瓜尔胶的添加量；若超过所需粘度指标，则根据比例减小添加剂的添加量，最终使基液达到设定的输出量；

S4、控制系统在对清水单元的流量控制计量装置以及配液单元中的第一电子计量阀和第二电子计量阀进行调节的同时，对化学添加剂添加单元中的粘土稳定剂输送计量装置的第三电子计量阀和稳定剂输送计量装置的第四电子计量阀进行送料量调节，使其能够根据基液的实时流量按步骤中设定好的比例向基液中添加粘土稳定剂和稳定剂。

S5、添加了粘土稳定剂和稳定剂的基液，经液体化学添加剂添加单元中的离心泵的自吸作用下被送入缓冲罐中，贮存在缓冲罐内的液体待用于下一步的压裂施工使用。

该压裂液大流量连续配液系统采用整体橇装式设计，方便运输，自带柴油机组，无需外接动力，能够很好的满足大型野外压裂作业压裂液现场无电网供电的压裂液配液的技术需求，瓜尔胶粉在流化罐流化床的处理后，整体悬浮成流态状，有利于后续在高剪切均质泵的作用下的与氯化钾溶液、水的充分混合，保证连续配制的压裂液无“水包粉”现象，溶液粘度上升快、混配均匀，压裂液质量高；该系统基于PLC的实时在线控制，能够对配液过程中各个系统的启动顺序、工作时间和输出量进行精确控制，并对基液配制效果进行检测；可根据现场需求自动完成配液并及时输送满足压裂工艺要求的压裂液且基本无残液。

附图说明

图1为本实用新型的水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但这些实施例绝非对本实用新型有任何限制。

如图1所示，本实用新型一种水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，包括依次通过管道连通的供水单元1、配液单元2、液体化学添加剂添加单元4和缓冲罐5，动力驱动系统和控制系统，电信号和数据信号，在所述配液单元2和所述液体化学添加剂添加单元4之间的连接管道上设置有流量计3，其中：

所述配液单元2包括氯化钾溶液输送计量装置6、瓜尔胶粉料流化计量装置9、高剪切均质泵13和在线粘度计14，所述氯化钾溶液输送计量装置6包括氯化钾溶液进料装置7，所述瓜尔胶粉料流化计量装置9包括瓜尔胶粉料进料装置10和与通过连接管道与所述瓜尔胶粉料进料装置10连接的流化罐11，所述供水单元1、氯化钾溶液进料装置7和流化罐11均与所述高剪切均质泵13入料口通过连接管道连通且所述氯化钾溶液进料装置7与所述高剪切均质泵13之间的连接管道上、所述流化罐11与所述高剪切均质泵13之间的连接管道上分别设置有第一电子计量阀8和第二电子计量阀12；

所述在线粘度计14设置在所述高剪切均质泵13的出口处，对高剪切均质泵13内的混合液进行粘度测定。

所述液体化学添加剂添加单元4包括粘土稳定剂输送计量装置15、离心泵21和稳定剂输送计量装置18，所述粘土稳定剂输送计量装置15包括粘土稳定剂进料装置16，所述稳定剂输送计量装置18包括稳定剂进料装置19，所述高剪切均质泵13的出料口、粘土稳定剂进料装置16和所述稳定剂输送计量装置18均与所述离心泵21入料口通过连接管道连通且所述粘土稳定剂进料装置16与所述离心泵21之间的连接管道上、所述稳定剂进料装置19与所述离心泵21之间的连接管道上分别设置有第三电子计量阀17和第四电子计量阀20；

所述在线粘度计14设置在所述高剪切均质泵13与所述流量计3之间的连接管道上，所述离心泵21通过连接管道与所述缓冲罐5连通。

所述动力驱动系统是自带柴油发电机组，为整个系统提供动力，保证整个系统的正常运转；所述控制系统是基于PLC的实时在线控制系统，实时控制配液过程，实现水、瓜尔胶粉、氯化钾溶液、粘土稳定剂和稳定剂自动添加，其中，所述控制系统设有一个人机界面显示屏，通过人机界面显示屏可以对压裂液的配方及工艺参数进行设定；

所述供水单元1包括水泵和流量控制计量装置，所述流量控制计量装置安装在所述水泵与所述高剪切均质泵13之间的连接管道上，用于控制谁的补给量。

所述供水单元1、所述氯化钾溶液输送计量装置6、所述瓜尔胶粉料流化计量装置9、所述在线粘度计14、所述粘土稳定剂输送计量装置15和所述剂输送计量装置18均通过电信号和数据信号与动力驱动系统和控制系统连接，所述流量计3通过数据信号与控制系统连接，所述离心泵21通过电信号和数据信号与动力驱动系统和控制系统连接；

所述流化罐罐体的顶部沿圆周方向设置有多个进料口，在所述流化罐的底部设置有压缩空气进气管，在所述流化罐罐体内设置有流态化床，在所述流态化床的上方设置有一出料口，所述出料口通过连接管道与所述高剪切均质泵入料口连通；所述硫化罐所需要的压缩空气通过连接管道送入密封罐体下部的气室，使气室液态化床上的瓜尔胶粉粒体悬浮成流态状，当罐内压力达到额定值时，打开设置在所述出料口处的卸料阀，流动化的瓜尔胶粉粒体物料通过管道而进行均匀的吹送供给高剪切均质泵；所述硫化罐所需的压缩空气通过所述动力驱动系统提供动力的小型空气压缩机提供；

该大流量连续配液系统，采用整体撬装式结构，在野外压裂作业需要配置压裂液时，将该撬装车移到现场，根据地质情况确定压裂液配置工艺参数，启动动力驱动系统和控制系统，大流量连续配液系统启动进入工作状态，供水单元，配液单元，液体化学添加剂单元根据接收的控制信号添加水、氯化钾溶液、瓜尔胶粉，在高剪切均质泵的充分混合和粉碎细化使细化度达0.5μm，形成压裂液基液；在线粘度计实时在线检测压裂液基液的粘度并将信号实时发送控制系统；连接在压裂液基液输送管道上的流量计实时记录流量并将信号实时发送控制系统，自动控制水、氯化钾溶液、瓜尔胶粉、粘土稳定剂和稳定剂的添加量；压裂液基液通过液体化学添加剂单元和控制系统自动添加粘土稳定剂和稳定剂，添加粘土稳定剂和稳定剂压裂液基液通过离心泵输送给缓冲罐，贮存在缓冲罐内方便下一步的压裂施工使用。

所述大流量连续配液系统通过动力驱动系统和控制系统实时输送满足工艺要求的压裂液，根据现场需求向控制系统中输入与需求对应的配方完成配液并及时输送满足压裂工艺要求的压裂液。

Claims (7)

1.一种水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，其特征在于，包括依次通过管道连通的供水单元(1)、配液单元(2)、液体化学添加剂添加单元(4)和缓冲罐(5)，动力驱动系统和控制系统，电信号和数据信号，在所述配液单元(2)和所述液体化学添加剂添加单元(4)之间的连接管道上设置有流量计(3)，

所述配液单元(2)包括多个物料输送计量装置、在线粘度计(14)、与所述物料输送计量装置出料口通过连接管道连通的高剪切均质泵(13)和设置在每个所述物料输送计量装置出料口处的电子计量阀；

所述液体化学添加剂添加单元(4)包括多个稳定剂输送计量装置、与所述稳定剂输送计量装置出料口通过连接管道连通的离心泵(21)和设置在每个所述稳定剂输送计量装置出料口处的电子计量阀；

所述高剪切均质泵(13)、所述在线粘度计(14)、所述流量计(3)、所述离心泵(21)和所述缓冲罐(5)通过连接管道依次连通；

所述动力驱动系统和控制系统是基于PLC的实时在线控制系统；

所述电信号是通过动力电缆进行传输，所述数据信号是通过连接的通讯控制电缆进行传输。

2.根据权利要求1所述的水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，其特征在于，所述配液单元(2)包括氯化钾溶液输送计量装置(6)、瓜尔胶粉料流化计量装置(9)、高剪切均质泵(13)和在线粘度计(14)，所述氯化钾溶液输送计量装置(6)包括氯化钾溶液进料装置(7)，所述瓜尔胶粉料流化计量装置(9)包括瓜尔胶粉料进料装置(10)和与通过连接管道与所述瓜尔胶粉料进料装置(10)连接的流化罐(11)，所述供水单元(1)、氯化钾溶液进料装置(7)和流化罐(11)均与所述高剪切均质泵(13)入料口通过连接管道连通且在所述氯化钾溶液进料装置(7)与所述高剪切均质泵(13)之间的连接管道上、所述流化罐(11)与所述高剪切均质泵(13)之间的连接管道上分别设置有第一电子计量阀(8)和第二电子计量阀(12)。

3.根据权利要求2所述的水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，其特征在于，所述流化罐(11)罐体的顶部沿圆周方向设置有多个进料口，在所述流化罐(11)的底部设置有压缩空气进气管，在所述流化罐(11)罐体内设置有流态化床，在所述流态化床的上方设置有一出料口，所述出料口通过连接管道与所述高剪切均质泵(13)入料口连通。

4.根据权利要求2或3所述的水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，其特征在于，所述液体化学添加剂添加单元(4)包括粘土稳定剂输送计量装置(15)、离心泵(21)和稳定剂输送计量装置(18)，所述粘土稳定剂输送计量装置(15)包括粘土稳定剂进料装置(16)，所述稳定剂输送计量装置(18)包括稳定剂进料装置(19)，所述高剪切均质泵(13)的出料口、粘土稳定剂进料装置(16)和所述稳定剂输送计量装置(18)均与所述离心泵(21)入料口通过连接管道连通且所述粘土稳定剂进料装置(16)与所述离心泵(21)之间的连接管道上、所述稳定剂进料装置(19)与所述离心泵(21)之间的连接管道上分别设置有第三电子计量阀(17)和第四电子计量阀(20)。

5.根据权利要求4所述的水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，其特征在于，所述供水单元(1)包括水泵和流量控制计量装置，所述流量控制计量装置安装在所述水泵与所述高剪切均质泵(13)之间的连接管道上。

6.根据权利要求5所述的水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，其特征在于，所述供水单元(1)、所述氯化钾溶液输送计量装置(6)、所述瓜尔胶粉料流化计量装置(9)、所述在线粘度计(14)、所述粘土稳定剂输送计量装置(15)和所述剂输送计量装置(18)均通过电信号和数据信号与动力驱动系统和控制系统连接，所述流量计(3)通过数据信号与控制系统连接，所述离心泵(21)通过电信号和数据信号与动力驱动系统和控制系统连接。

7.根据权利要求6所述的水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，其特征在于，所述动力驱动系统包括自带柴油发电机组和由柴油发电机提供动力的小型空气压缩机。